蛋白激酶TAOK1对RIG-I触发的抗病毒固有免疫反应的调控作用及机制研究

Unbalanced production of type I interferon and proinflammatory cytokines in RIG-I triggered immune responses may lead to inflammation and autoimmune diseases; thus, molecules that ensure the beneficial production of type I interferon and proinflammatory cytokines are of particular importance. Our primary results showed that the expression of TAOK1, a serine/threonine kinase, was upregulated upon RNA virus infection. TAOK1 inhibited the production of IFN-beta but enhanced IL-6, TNF-alpha production in VSV infected macrophages in a kinase activity-dependent manner. Further study showed TAOK1 deficiency enhanced VSV-induced IRF3 activation but inhibited NF-kB, p38 and JNK phosphorylation. Immunoprecipitation showed that TAOK1 physically interacted with endogenous RIG-I in resting macrophages, and the interaction was enhanced in response to VSV infection. The present project will investigate the dual regulation of TAOK1 in RIG-I triggered type I interferon and proinflammatory cytokines in vitro and in vivo, illuminate the mechanisms by which TAOK1 regulates the balance in RIG-I signaling, providing a therapeutic target of novel inhibitor for host antiviral immunity.

RNA病毒感染时免疫系统通过活化RIG-I诱导产生I型干扰素和促炎症细胞因子，介导抗病毒天然免疫反应。I型干扰素和促炎症细胞因子具有不同的生物学作用，调节其相对平衡对免疫稳态的维持具有重要意义。我们前期研究发现，蛋白激酶TAOK1在RNA病毒感染后表达上调。TAOK1抑制RNA病毒感染诱导的I型干扰素、同时促进促炎症细胞因子的产生，并与其激酶活性有关。进一步实验显示TAOK1缺失促进RNA病毒感染诱导的IRF3活化，但抑制NF-kB、p38和JNK的磷酸化。免疫共沉淀发现TAOK1与RIG-I结合并随RNA病毒感染上调。这些结果提示TAOK1可能对抗病毒天然免疫反应中的免疫稳态起重要调节作用。本项目拟利用TAOK1基因敲除小鼠，从体内外实验来明确TAOK1对RIG-I触发的I型干扰素和促炎症细胞因子的双向调控作用，阐明其调控的相关机制，为寻求小分子抑制剂防治感染性疾病提供新靶点和新思路。

病毒感染是威胁人类健康和生命安全的最危险的病原体之一，其不断变异的特性和新型未知病毒的出现对现代生命科学和医学研究带来巨大挑战。从2000年以来，人类已多次遭遇新出现病毒变种的严重危险，如冠状病毒变异导致的SARS大爆发，埃博拉病毒、寨卡病毒以及2019年发生至今仍然形势严峻的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)。这些病毒引发的各种疾病均对公众健康造成了重大影响，因此深入理解病毒与宿主的相互作用以及宿主抗病毒免疫应答与调控机制是开发新型高效抗病毒药物的重要基础。.病毒感染后，机体中的RNA和DNA病毒识别信号均汇聚于激活蛋白激酶TBK1和转录因子IRF3，诱导产生Ⅰ型干扰素，激发机体抗病毒免疫反应，然而免疫细胞在病毒感染后如何调节TBK1-IRF3活化的机制尚未完全阐明。本研究结果显示，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶TAOK1可通过促进TBK1-IRF3相互作用正向调控机体抗病毒免疫反应。我们发现病毒感染下调TAOK1表达水平。体内外实验显示TAOK1缺失抑制病毒感染诱导的IRF3的活化和Ⅰ型干扰素的产生而对促炎细胞因子的产生没有显著影响，并在病毒感染后显示更高的病毒复制和小鼠死亡率。进一步研究发现，TAOK1以MAVS不依赖的方式与TBK1相互结合，并通过促进TBK1-IRF3复合物的形成促进病毒感染诱导的IRF3活化，且TAOK1对病毒感染诱导的Ⅰ型干扰素的促进作用需要其激酶活性。此外，TAOK1促进病毒感染诱导的微管结合蛋白MAP4磷酸化，磷酸化MAP4从微管解离，促使动力蛋白dynein取代MAP4与TAOK1结合，带动TBK1沿微管移动至核周区域，继而在核周促进TBK1结合IRF3，促进IRF3活化和核易位，诱导产生Ⅰ型干扰素。这些发现进一步阐明TAOK1在抗病毒免疫反应中的作用和相关机制，为病毒感染相关疾病的防治及临床药物的寻找提供新靶点和新思路。