天然免疫中模式识别受体感知病毒入侵机制的研究

Innate immune response is triggered through the recognition of pathogen associated molecular pattern by pattern recognition receptor, which elicits a signaling cascade leading to the production of proinflammatory cytokines and chemokines to contain invading pathogens. RIG-I, a cytosolic sensor recognizing virus-related RNA upon viral infection, can activate downstream signaling pathway including components such as MAVS, IKK, TBK1 and transcription factors NFκB and IRF3 to induce the expression of IFNβ, which has been known to inhibit virus proliferation for decades. My recent study revealed that upon viral infection RIG-I can induce the aggregation of MAVS in a prionlike fashion, which laid a solid foundation to study the pathway further. We propose here to investigate the RNAs sensed by RIG-I upon viral infection. We aim to address such questions as the origin and key features of viral RNAs required for RIG-I recognition. The study will also elucidate unresolved mechanisms, including how host cells differentiate viral RNAs from self-ones, and provide insight for pharmaceutical applications.

天然免疫是通过宿主细胞的受体分子识别入侵的病原微生物，激活下游信号转导通路而引发的防御机制，它是人体抵御病原体入侵的第一道防线。RIG-I是位于细胞质中检测病毒入侵的一个受体蛋白质分子，它识别与入侵病毒相关的RNA分子后，激活下游信号分子MAVS以及激酶IKK、TBK1等，诱导干扰素的表达，从而抑制病毒的繁殖和扩增。本人近期的研究结果揭示了RIG-I通过诱导MAVS形成巨大的聚集体而传递免疫信号，并且MAVS聚集体的形成类似于朊病毒蛋白的聚集，这不但揭示了RIG-I-MAVS信号通路的一个关键机制，也是在蛋白质结构和功能研究方面的重大突破。本项目计划深入研究激活RIG-I的RNA分子特征以及RIG-I的激活机理。这项研究将阐明宿主细胞识别病毒入侵及其区分自我和非我RNA分子的分子机制，也将为相关的药物研究提供坚实的理论基础。

在机体抵御病毒侵染的过程中，天然免疫起到了至关重要的作用。RIG-I能够识别病毒RNA并诱发高效的天然免疫应答。RIG-I被激活之后，能够激活其下游的位于线粒体外膜上的MAVS形成朊病毒样聚集体，进而启动MAVS下游的信号通路，最终激活转录因子IRF3和NF-kB并诱导其入核，诱导I型干扰素的产生。泛素化在天然免疫信号通路中起到了非常关键的作用，我们发现在RIG-I激活过程中真正起到重要作用的泛素连接酶E3是Riplet，而非TRIM25，Mex3C和TRIM4；通过蛋白质分离纯化和质谱分析我们鉴定出协助Riplet发挥抗病毒功能的泛素结合酶(E2) Ube2D3和Ube2N，这两种E2共同参与了Riplet激活RIG-I并诱导MAVS聚集的信号转导过程。进一步的分子机制研究发现， Ube2D3-Riplet组合促进RIG-I的CARD结构域的K63位链接多聚泛素化的共价修饰，而Ube2N-Riplet组合则促进非锚定的K63位链接多聚泛素链的合成。最终，K63位链接的多聚泛素链和RIG-I共同诱导MAVS的多聚化，启动抗病毒天然免疫反应。通过对泛素化的RIG-I进行质谱分析，我们找到了RIG-I的泛素化位点是K48、K96和K172，它们对于RIG-I的激活必不可少。该工作深入揭示了宿主细胞抗病毒天然免疫过程中泛素酶参与RIG-I激活的分子机制。