鱼类特有的干扰素调节因子基因IRF11调控干扰素抗病毒反应的作用机理

Fish interferon regulatory factor (IRF) family contains not only 9 members (IRF1-9) othologous to mammalian counterparts but also 2 members including IRF10 and IRF11, both of which do not exist in mammalian genomes and the latter of which is exclusively specific to fish. Our preliminary studies have shown that fish IRF11 is significantly induced in viral-infected fish cells and also exhibits an ability to activate transcription of fish interferon genes; however, the detailed mechanisms underlying viral induction of fish IRF11 gene expression and IRF11-mediated regulation of fish interferon antiviral response remain to be investigated. In this project, firstly, the 5’ flanking sequences of Curcian carp Carassius auratus IRF11 gene will be cloned to compare the induction pathways triggered by different interferon stimuli, thus clarifying how this gene is transcriptionally expressed in response to virus infection. Secondly, the dynmics of subcellular localization of fish IRF11-encoding protein will be studied in order to reveal where this gene exerts its function in viral-infected fish cells. Finally, the experiments of whether fish IRF11 is activated as IRF3/7 through phosphorylation and whether there exist differences in iIRF11-mediated regulation of distinct fish interferon gene expression will be performed, further clarifying how fish IRF11 regulates interferon antiviral response upon viral infection. If this project is supported, the functional role of fish IRF11 and the underlying mechanisms during fish interferon antiviral immune response will be revealed, and importantly, these results will aid to comprehensively understand fish-own interferon-mediated antiviral mechanisms triggered by fish-specific IRF11 gene.

鱼类干扰素调节因子家族不仅包括与哺乳类具有直向同源进化关系的所有9个成员（IRF1-9），而且还包括两个在哺乳类基因组中不存在的成员IRF10和IRF11，其中IRF11为鱼类特有。前期研究表明IRF11能被病毒感染所诱导，而且能有效激活干扰素基因的表达，但是其中机制有待深入研究。本项目首先将分离鉴定鲫IRF11基因的侧翼调控序列，比较研究病毒等诱导剂诱导IRF11的表达调控，揭示IRF11在病毒感染的细胞中如何被启动表达。进而研究IRF11基因编码蛋白在病毒感染细胞中的动态定位规律，揭示IRF11在干扰素抗病毒反应中发挥功能的场所。最后研究IRF11的诱导激活及对不同干扰素基因表达的调控差异，解析IRF11基因在病毒感染的鱼类细胞中如何调控干扰素反应。本项目的研究结果不仅将阐明IRF11在干扰素抗病毒免疫反应中的功能角色以及作用机理，而且有助于理解鱼类具有自身特点的干扰素抗病毒反应机制。

IRF11是通过分析鱼类基因组发现的一个新的IRF家族成员。本项目的研究结果显示：鱼类IRF11仅存在于鱼类基因组中，而IRF1存在于所有的脊椎动物中，因此鱼类IRF11和IRF11不能称为IRF1a和IRF1b。表达分析表明，尽管IRF11和IRF1都能被病毒感染及poly（I:C）等诱导表达，但是IRF11被病毒诱导表达的水平远低于IRF1。过量表达IRF11能通过诱导IFN及ISG的表达，从而抑制病毒的复制。研究IRF11诱导IFN基因的表达的分子机制发现，虽然形成DBD alpha3螺旋的四个主要氨基酸对IRF1诱导IFN基因的表达至关重要，而只有K75和R82两个氨基酸在IRF11诱导IFN的表达中发挥作用，表明IRF11和IRF1诱导IFN基因表达的机制不同。进一步突变研究发现，K75和R82两个氨基酸介导IRF11与IFN基因启动子ISRE基序的结合，单独突变其中一个氨基酸都使IRF11失去结合IFN启动子的能力，从而失去调控IFN基因表达的能力。作为一个转录因子，IRF11组成型表达在细胞核中，系列缺失结合突变实验鉴定了一个三联体核定位信号（tripartite NLS），由NLS1（aa75-82）、NLS2 (aa97-103)和NLS3（119-133）组成，三者协同决定IRF11的组成型核定位。由于K75和R82也是组成NLS1的重要氨基酸，因此，该三联体NLS同时具有促使IRF11组成型定位于细胞核中，同时也介导IRF11与IFN基因启动子的组成型结合两个功能。此外，K75和R82在所有IRF家族成员中都保守，而且至少IRF1/2/3/4/8/9的核定位信号都已经证实或可能包含该两个氨基酸，我们的研究结果表明IRF家族成员的核定位信号同时具有核定位和DNA结合的两个整合型功能可能是一个普遍规律。信号通路分析发现IRF11不在RLR信号介导的干扰素抗病毒免疫信号通路中发挥作用，但是其组成型核定位提示在病毒感染早期，IRF11应该具有快速调控宿主IFN抗病毒反应的功能。