人体自身免疫疾病AGS综合症相关蛋白复合物RNH2对逆转录元件活性抑制的机制研究

The study of Aicardi-Goutières Syndrome (AGS) has been a leading-edge in Cellular Immunology, because the research of this rare disease has revealed several unexpected endogenous factors that function as suppressors against cellular immune system. Yet, the actual mechanism or activator that is responsible for the development of AGS remains unknown. Previous studies, including our published results, have indicated that endogenous retroelements might be the potential trigger to activate cellular immune system. To further verify such hypothesis, we in this study will focus on the AGS-associated protein complex RNH2, and its suppressive potency against the replication of LINE1, which is the representative of retroelements. Our preliminary tests showed that RNH2 is full capable of suppressing LINE1 activity, proving that retroelements inhibition is a common feature among multiple AGS-associated proteins. Interestingly, the RNase H activity of RNH2 was barely involved in the LINE1 suppression, suggesting that the formation of DNA-RNA hybrid during LINE1 replication was not the target of RNH2. Subsequent experiments will be focused on the mechanism of RNH2-mediated LINE1 inhibition, to verify the potential link between RNH2, AGS, and retrotransposition. Results from this study will certainly provide profound information on the potential trigger(s) of AGS, its link to retrotransposition, and retrotransposition itself, which may ultimately lead to the discovery of treatment on autoimmune diseases like AGS.

关于AGS综合症的研究一直位于细胞免疫学的前沿地位，因为对于这一罕见病的研究已经揭示了很多调控细胞免疫系统的细胞因子。然而，造成AGS综合症发病的具体机制或诱因却依然无人知晓。之前包括本课题组的研究成果都暗示内源逆转录元件是造成细胞免疫激活的潜在诱因。为了验证进一步这一假说，我们将以AGS相关蛋白复合物RNH2为主要研究对象，考察它对以LINE1为代表的逆转录元件的抑制情况。我们的前期工作表明，RNH2具有抑制LINE1活性的能力，证明抑制逆转录元件活性是多种AGS相关蛋白的共性。有趣的是，RNH2的酶活性并不参与其对LINE1的抑制。后续研究将重点揭示RNH2抑制LINE1活性的分子机制，并验证RNH2、AGS、逆转座之间的关联。相关成果将会对AGS综合症病因、与逆转座的关系、以及逆转座研究本身提供大量的分子水平的信息，最终为研发AGS综合症等自身免疫疾病的治疗手段提供进一步的理论支持。

对人体自身免疫疾病AGS综合症（Aicardi-Goutières syndrome）的研究揭示了包含RNH2在内的多个天然免疫调控因子，然而这些免疫调控因子共同作用的靶点及其抑制干扰素产生的机制却并不清楚。本课题组及其它实验室曾报道AGS相关的TREX1和SAMHD1蛋白均具有抑制逆转录元件（如LINE-1）复制的能力。在本项目中，我们尝试通过RNH2来证明LINE-1与天然免疫调控以及自身免疫的发生存在关联。结果表明，AGS相关的RNH2复合物具有调控LINE-1活性的能力，且该能力需要RNH2全部三个亚基的参与；AGS相关的突变可以发生在RNH2的任何一个亚基上，而这些突变体均不再能有效抑制LINE-1的复制，说明LINE-1和AGS综合症确实存在关联。进一步的研究表明，RNH2对LINE-1所表达的RNA和蛋白水平均无明显影响，但是可以通过结合LINE-1 RNA来破坏LINE-1 RNP的完整性，实现抗LINE-1的目的。与此同时，我们重新考察了AGS相关蛋白TREX1抑制LINE-1活性的机制，发现TREX1并非是利用自身的DNA外切酶活性来调控LINE-1活性的。相应的，TREX1可以结合LINE-1所表达的ORF1p蛋白来诱导后者通过蛋白酶体途径发生降解，从而抑制LINE-1 RNP的形成。这不仅导致LINE-1自身活性的下降，同时也保护细胞内基因组DNA免于LINE-1 RNP的切割作用。在此基础上，我们系统地考察了LINE-1自身对天然免疫系统的调控能力。结果表明，即使是在DNA识别通路失活的细胞中，无论是通过转染外源LINE-1质粒还是通过RNAi技术改变细胞内内源LINE-1 RNA的水平均会改变细胞内干扰素的表达情况。有趣的是，在这样的细胞中，LINE-1激活干扰素的能力与其能否完成逆转座无关，但是却与其自身的核酸序列有关。进一步的研究证实，LINE-1可以激活细胞内的RNA通路来刺激干扰素的产生，而LINE-1 RNP是发挥这一功能的基本单位。所有已知的AGS相关蛋白均可以协同抑制LINE-1对天然免疫系统的激活作用，而这些蛋白若存在AGS相关突变则会在不同程度上丧失这一能力。因此，本项目在揭示RNH2和TREX1调控LINE-1活性的机制的基础上，证实了LINE-1是天然免疫系统的激活因子，为研发调控天然免疫或治疗自身免疫疾病的药物提供