ELF4相关天然免疫途径在抗疟原虫感染过程中的功能和机制研究

Malaria is a major health threat of the world caused by plasmodium infection. A series of innate immune receptors can recognize the invading plasmodium，then initiate the immune responses to eliminate the pathogens. By far the vaccine is not available yet to protect human from infection of plasmodium. The innate immunity opens up a new way to solve this difficult problem in the world. It is known that ELF4 is a regulator of hematopoiesis. We here investigated the role of ELF4 in innate immunity. Our preliminary results have shown Elf4-/- mice were much more susceptible to plasmodium infection than wild type mice, and showed more severe anemia. ELF4 is known as a type I IFN transcription factor. However, Ifn αr-/- mice were more resistant to plasmodium infection than wild type mice. We also identified that HIPK2 was able to interact with ELF4.Therefore, in this project, we are going to study: (1) The mechanism how were the cytokines and immune responses regulated by ELF4 after plasmodium infection; (2) What is the role of HIPK2 in ELF4 related anti-plasmodium innate immunity;(3) The regulatory mechanism of ELF4 mediated hematopoiesis during plasmodium infection;(4) To screen and investigate the role of epigenetic compounds in anti-plasmodium responses.

疟疾是由疟原虫感染而引起的恶性传染性疾病，对社会危害极大。天然免疫系统能识别疟原虫，进而引起相关信号通路来激活免疫系统来清除感染。目前还没有疫苗对疟疾进行有效防治，研究疟原虫相关天然免疫信号传递，揭示疟原虫感染过程中的炎症反应对于宿主防御和疟疾发生的调控成为研究热点。ELF4作为转录因子在造血细胞发育过程中发挥重要作用，申请人前期工作中发现ELF4能够调节天然免疫。ELF4缺失之后，小鼠不能够有效地控制疟原虫的复制，表现更加严重的贫血症状，Ifnαr-/-小鼠表现出相反的表型。并且发现细胞核内蛋白激酶HIPK2同ELF4相互作用，而其调节机制未知。本项目将重点研究：天然免疫转录因子ELF4在转录水平对疟原虫感染的应答和免疫调节；HIPK2如何调控ELF4疟原虫相关天然免疫信号功能；ELF4在感染条件下对血细胞生成的调控；转录相关表观遗传小分子对天然免疫以及抗疟原虫免疫反应的调节。

天然免疫反应在抗疟原虫感染中的功能已有报道，但天然免疫信号通路关键分子在机体清除疟原虫过程中发挥的功能仍未阐明。同时，天然免疫信号通路对于干扰素非依赖的抗疟原虫反应的调控尚未报道。ELF4 是 ETS 家族转录因子的成员。在前期研究中，本课题组发现 ELF4 在机体抗病毒天然免疫中发挥重要功能。然而，.ELF4 是否参与抗疟原虫天然免疫反应尚不清楚。 .为了探索 ELF4 在机体抗疟原虫感染中的功能，本研究检测并比较了野生型和 Elf4 敲除小鼠在约氏疟原虫感染后的贫血程度及原虫血症程度。通过对感染不同时期的小鼠进行全血分析，发现 Elf4 敲除小鼠表现出更严重的贫血。利用流式分析术探测被疟原虫感染的红细胞的比例以衡量原虫血症的程度，结果显示 Elf4 敲除小鼠表现出更严重的原虫血症。这些结果表明 ELF4 缺失影响了机体对于约氏疟原虫的清除。 .进一步的全转录组分析结果显示，Elf4 敲除小鼠在疟原虫感染后表达的 Pf4 明显减少。同时，在疟原虫感染后，相对于野生型小鼠，Elf4 敲除小鼠表达的一型和二型干扰素均没有明显差异，说明 ELF4 通过干扰素非依赖的机制调控机体抗疟原虫免疫。 .利用双荧光素酶报告基因系统，发现过表达 ELF4 能够激活 PF4 的启动子。在 HEK293T 和两种巨核细胞细胞系中，发现过表达 ELF4 能够激活内源 PF4 的表达。同时，染色质免疫共沉淀-实时荧光定量结果显示，ELF4 能够直接结合在 PF4 的启动子区域。利用定点突变技术将 PF4 启动子区内潜在的 ELF4 结合位点进行突变筛选，发现 ELF4 通过结合特异的核苷酸序列启动 PF4 的转录。这些结果说明 ELF4 作为 PF4 的转录因子负责起始 PF4 的转录。 .为了进一步验证 ELF4 在疟原虫感染过程中对 Pf4 转录激活的作用，检测了在疟原虫感染不同时期巨核细胞内 PF4 的表达水平，发现 Elf4 的缺失严重影响了疟原虫感染期间巨核细胞内 PF4 的表达。综上，本研究揭示了一个新的干扰素非依赖的抗疟原虫天然免疫反应的调节模式，即抗病毒天然免疫信号分子 ELF4 作为 PF4 的转录因子，发挥抗疟原虫感染的功能，为疟疾的临床治疗方案提供了一个新的思路。