香港牡蛎cGAS/STING抗病免疫信号通路的鉴定和功能研究

cGAS/STING is a recently discovered signal pathway for the recognition of pathogenic DNA and bacterial cyclic dinucleotides, which is ubiquitous and functionally conserved in vertebrates. However, the existence of cGAS/STING in invertebrates has been incinclusive and is the focus of academic debate. Excitingly, we first discovered the homologous genes of cGAS and STING in Hong Kong oysters, and proposed the hypothesis that there may be cGAS/STING signaling pathways in invertebrates. However, does cGAS/STING in Hong Kong oysters have a conserved molecular structure and function? Is there a similar pattern recognition spectrum and signal pathway? These problems need to be solved urgently and constitute the main research content of this project. Based on the discovery of Hong Kong oyster cGAS and STING homologous genes, we plan to analyze the expression patterns of immunostimulation, study its pattern recognition mechanism and signaling pathway, and finally reveale its role in oyster immunity. Therefore, this study not only has important value in elucidating the function and molecular mechanism of cGAS/STING in innate immunity of marine invertebrates, but also plays a key role in exploring the origin and evolution of cGAS/STING signaling pathways in invertebrates.

cGAS/STING是最近发现的一类识别病原DNA和细菌环二核苷酸的信号通路，在脊椎动物中普遍存在且功能保守。然而，在无脊椎动物中cGAS/STING是否存在一直是未知，而且是学术争论的焦点。令人兴奋的是，我们在香港牡蛎中首次发现了cGAS和STING的同源基因，并提出了在无脊椎动物中可能存在cGAS/STING抗病信号通路的假说。但是，香港牡蛎中的cGAS/STING是否具有保守的分子结构和功能？是否具有类似的模式识别谱和信号通路？这些问题亟待解决，也构成了本项目的主要研究内容。我们拟在发现香港牡蛎cGAS和STING同源基因的基础上，分析其免疫刺激中的表达模式，研究其模式识别机制和信号通路，最终揭示其在牡蛎抗病免疫中的作用。因此，本研究不但对阐明cGAS/STING在海洋无脊椎动物天然免疫中的功能和分子机制有重要价值，而且对于探索无脊椎动物抗病信号通路的起源和演化都有关键性的意义。

cGAS/STING作为天然免疫系统的一个重要组成部门，可能在无脊椎动物牡蛎的免疫防御过程中起到关键作用。以此为背景，我们在牡蛎基因组中鉴定两个关键基因cGAS和STING。通过对二者的分子功能研究以及STING蛋白的结构解析和比较分析发现：1）牡蛎的cGAS和STING基因虽然蛋白序列保守性较差，但是结构域和关键位点是保守的，在进化上与脊椎动物同源；2）cGAS和STING在血淋巴细胞中高表达，响应多种病原分子的刺激，IGI、TL17、IRF8、IRF2、TNF等基因是其下游的潜在信号分子；3）牡蛎STING蛋白二聚体呈现V型结构，像蝴蝶翅膀，与不同环状二核苷酸之间的亲和力大小排序为cGAMP>c-di-AMP>c-di-GMP；4）cGAS和STING均参与激活NF-kappaB和ISRE两条信号通路，STING的Y149、R214和R210三个位点是环二核苷酸配体结合以及下游信号传递的关键位点；5）cGAS和STING的蛋白水平会受到野生株和减毒株感染的显著影响，且对野生株的感染具有较强的应答反应。综上，本研究明确了牡蛎cGAS/STING信号通路的免疫防御作用及功能特点，为牡蛎及其他海水养殖贝类的病害防治、抗病育种提供理论依据，还有助于理解和探索cGAS/STING信号的起源和演化规律。特别是对牡蛎STING蛋白晶体结构的解析，有助于从结构生物学角度阐明该信号通路的进化和功能演化。