ELF4相关抗病毒天然免疫信号通路研究

The world faces a series of health threats, including viral infection diseases that are difficult to treat，and can cause great harm to public health and Social stability. By far vaccine is the most effective way of tackling serious infectious diseases, but its role in preventing new outbreaks of viral infection is very limited, so it is urgent to develop new broad-spectrum antiviral drug. The innate antiviral immunity opens up a new way to solve the difficult problem in the world. Innate immunity serves as the first line of host defense. The receptors of innate immunity can recognize the invading pathogens and initiate the down stream signaling to induce a panel of cytokines and immune genes to kill the invaders. Our preliminary results have shown ELF4 is a new regulator of innate immune signaling that is critical for antiviral immune responses. We identify 25 microRNAs that is regulated by ELF4 in response to viral infection. One of them is miR-221 that can down regulate the expression of HIPK2. HIPK2 is known playing roles in tumoregenesis and necrosis. We here found HIPK2 can induce type I interferon. We also identify an ELF4 associate protein HnrnpU through co-immunoprecipitation screening. Therefore, in this project, we are going to study: (1) The mechanism how were the miRNA regulated by ELF4, the role of the miRNA in antiviral immunity; (2) The role of HIPK2 in type I regulation and antiviral immune responses; (3) Signal transduction mechanism of ELF4 related innate immunity and role of HnrnpU in this process.

人类面临众多疾病威胁, 其中病毒感性传染病危害程度高、治疗难度大、对社会造成的影响广泛。 而疫苗对新发突发病毒传染病的防治作用很有限，亟待发展新型广谱抗病毒药物。抗病毒天然免疫研究为解决该世界难题开辟了新途径。天然免疫是机体抵御病原微生物的第一道防线，能对感染做出迅速应答，并诱导免疫基因来清除入侵者。初期工作中我们发现ELF4是一个新的天然免疫调节子，在抗病毒反应中发挥作用。在初期筛选过程中发现病毒感染后ELF4能够调节多个miRNA的表达，并鉴定出了miRNA的相关靶向蛋白HIPK2，以及ELF4相互作用蛋白HnrnpU。初步数据显示HIPK2和HnrnpU参与了ELF4相关抗病毒天然免疫反应。在本项目中，将重点研究：ELF4对于miRNA的调节机制，和miRNA的免疫调节和抗病毒功能；HIPK2抗病毒功能，和对I型干扰素的的调节机制；ELF4相关信号通路的调节机制和HnrnpU的功能。

天然免疫免疫从上世纪发现模式识别受体在现在一直学界研究的热点，而细胞核内的天然免疫识别和调节机制还不为人所知。病毒RNA，尤其是双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）是一种重要的PAMP，病毒感染宿主细胞产生的dsRNA可被TLRs家族的TLR3或RLRs家族的MDA5和RIG-I识别。TLRs家族一般定位在细胞膜或胞内体上，能识别细胞外或经过吞噬进入细胞的PAMP。RLRs家族定位在细胞质，识别细胞质内的核酸组分。研究显示，多种病毒感染会在宿主细胞核中产生dsRNA，但细胞是否存在监测机制识别细胞核中病毒dsRNA目前还未有报道，本研究首次揭示了细胞核内病毒RNA感受器的存在SAFA，又叫HnRNPU识别核内病毒RNA。另一个重要的科学问题是在感染条件下，宿主细胞如何调节染色质的开放性从而打开以及关闭一系列基因的表达，从而使机体清楚感染并维持免疫稳态和健康。本研究首先通过全基因组功能性筛选发现SAFA能够协同病毒激活抗病毒天然免疫反应。本研究发现SAFA在识别病毒RNA之后发生活化，并调节染色质的开放性以及免疫基因增强子和超级增强子的活性。一型干扰素在抗病毒以及调节免疫平衡的过程中发挥着关键作用，精细控制干扰素对维持免疫稳态至关重要。机体干扰素分泌不足会引起病毒等病原微生物的反复感染；干扰素分泌过量会造成多种自身免疫性疾病。HIPK2是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，其最被人熟知的作用是活化抑癌基因P53。本研究阐明了HIPK2在机体产生I型干扰素抗击RNA病毒感染中的关键作用。水泡口炎病毒感染后，活性的Caspase6酶切割HIPK2，释放出HIPK2的N-末端片段并转移入细胞核，HIPK2入核片段与ELF4 蛋白结合并促使ELF4的第369位丝氨酸发生磷酸化，ELF4与IRF3、IRF7共同启动I型干扰素的转录。而在人群中有一类罕见的免疫缺陷疾病，病人不能有效地产生B细胞、抗体以及生长激素，测序发现病人的ELF4的第369位的丝氨酸变成了脯氨酸，我们的研究结果发现HIPK2能够促进ELF4的369位丝氨酸的磷酸化并且能够促进ELF4同目的DNA的结合，提示ELF4和HIPK2有可能作为该免疫疾病的治疗靶点。