ISG15调控小胶质细胞炎症因子分泌的机制研究

During previous work, we do the genetic study in a Chinese family which diagnosed with intracranial calcification, and identified the disease gene ISG15 in the family. And then we collaborated with the scientists in U.S. and France and decipher the molecular mechanism: the ISG15 is the negative regulator of IFN-α/β signaling pathway, ISG15 can prevent the Ubiquitination and degradation of USP18, another negative regulator of IFN-α/β signaling. The deficiency of ISG15 gene will cause the degradation of USP18, and low level of USP18 resulting in the enhancement and amplification of IFN-α/β responses and cause the auto-inflammation and intracranial calcification. . In this project, we will focus on the molecular mechanism of ISG15 regulate the secretion of inflammatory cytokines. During the preliminary work, we found that ISG15 is the potential negative regulator of secretion of IL-1β and IL-18. We will do the research in the project to decipher how the ISG15 in human microglia regulate the secretion of inflammatory cytokines.

在以前的研究中，我们通过对一个被诊断为颅内钙化的中国家系进行遗传学研究，发现了其致病基因ISG15, 并与美、法等国专家合作解析了其分子机制：研究发现ISG15蛋白是IFN-α/β信号通路的负调控因子，ISG15能抑制IFN-α/β信号通路的另一个负调控因子USP18蛋白的泛素化修饰降解，使细胞内USP18蛋白维持在合理水平。ISG15基因缺陷导致细胞内的USP18蛋白水平降低，从而导致细胞对IFN-α/β刺激响应的增强和放大，导致自身炎症反应和颅内钙化。. 在本研究中，我们将聚焦于ISG15蛋白调控人小胶质细胞炎症因子分泌的机制研究，我们前期初步的研究发现在人小胶质细胞中，ISG15是调控IL-1β和IL-18的分泌的潜在负调控因子，在本研究中我们将利用分子生物学和生物化学方法研究ISG15蛋白在小胶质细胞中调控炎症因子分泌的分子机制。

在以前的研究中，我们通过对一个被诊断为颅内钙化的中国家系进行遗传学研究，发现了其致病基因ISG15, 并与美、法等国专家合作研究发现ISG15蛋白是IFN-α/β信号通路的重要负调控因子，ISG15基因缺陷导致细胞对IFN-α/β刺激响应的增强和放大，导致自身炎症反应和颅内钙化。但对ISG15调控大脑炎症的细胞学机制以及在大脑小胶质细胞中的作用机制并不清楚，本项目聚焦于ISG15蛋白影响小胶质细胞炎症因子分泌的机制研究，我们研究发现在小胶质细胞中干扰ISG15基因的表达促进小胶质细胞的活化，炎症因子IL-1β和IL-6表达升高，多种抑炎因子（包括IL-10, TGF-β, IL-35, IL-37, IL-38）表达水平降低，炎症小体NLRP3被激活。通过Co-IP（Co-Immunoprecipitation，免疫共沉淀）实验发现ISG15与NLRP3直接相互作用，进一步研究发现NF-κB信号通路参与ISG15对炎症因子的调控。总之，我们研究发现ISG15是人小胶质细胞炎症反应的重要负调控因子，在人小胶质细胞中敲低ISG15基因促进了炎症因子IL-1β和IL-6的表达，而降低了抑炎因子IL-10, TGF-β, IL-35, IL-37, IL-38的表达，其分子机制是ISG15与泛素竞争性结合Ubc13蛋白，导致Ubc13与泛素的结合减少，进而抑制了TRAF6蛋白的K63泛素化水平，导致NF-κB的磷酸化水平降低，下游的炎症因子转录水平也随之降低。因此，在小胶质细胞中敲低ISG15基因后，Ubc13蛋白的ISGylation降低，最终导致TRAF6蛋白的K63泛素化水平升高，NF-κB的磷酸化水平升高，下游的炎症因子IL-1β和IL-6转录水平升高，我们在U87细胞进一步验证了ISG15对炎症因子的调控具有广谱性。本研究对深入理解ISG15在大脑炎症反应的调控机制具有重要学术价值，对大脑炎症疾病的治疗具有应用前景。