2019年11月26日，中國醫(yī)學科學院病原生物學研究所郭斐和王健偉教授團隊在《Science Signaling》雜志在線發(fā)表了題為“PKR-dependent cytosolic cGAS foci are necessary for intracellular DNA sensing”的論文，發(fā)現(xiàn)DNA重要識別受體cGAS定位于應激顆粒中，應激顆粒的形成對于cGAS識別外源DNA誘導干擾素的生成具有重要作用。本研究揭示了應激顆粒是識別外源核酸（DNA和RNA）誘發(fā)天然免疫機制的重要平臺，這對于阻止異常DNA誘發(fā)的自身免疫具有重要理論指導意義。
此前的研究發(fā)現(xiàn)DNA識別受體環(huán)鳥苷酸-腺苷酸合成酶(cyclic GMP-AMP (cGAMP) synthase, cGAS）可識別外源DNA以及RNA與DNA雜合鏈，催化產(chǎn)生第二信使環(huán)鳥苷酸-腺苷酸（cyclic GMP-AMP, cGAMP）；而后cGAMP結合并激活STING，隨之招募激活TBK1-IRF3，最終導致干擾素和免疫因子的產(chǎn)生(Sun L et al. Science, 2013; Wu J et al. Science, 2013)。既往研究發(fā)現(xiàn)外源DNA進入細胞后，在細胞質內會募集cGAS形成顆粒狀結構（foci），但是這種顆粒的組成及其在cGAS識別外源DNA誘導生成干擾素過程中的生理作用尚待研究。
本次研究發(fā)現(xiàn)cGAS可與應激顆粒重要蛋白G3BP1相互作用，促進cGAS與DNA的結合并誘導生成干擾素；cGAS也可以與在RNA識別過程中發(fā)揮重要作用的蛋白質分子PKR相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，cGAS通過磷酸化PKR進而磷酸化eIF2α，從而誘發(fā)形成與G3BP1相關的應激顆粒。相反，在去除cGAS后，DNA誘導形成應激顆粒的能力基本消失，表明DNA通過cGAS誘發(fā)應激顆粒的形成。
該研究首次揭示了cGAS與外源DNA在胞質內形成的顆粒的主要成分，表明了該顆粒的形成對于cGAS識別外源DNA誘導生成干擾素的重要性。
研究人員借助免疫熒光實驗發(fā)現(xiàn)，外源DNA的刺激會使cGAS和G3BP1與DNA具有明顯的共定位。在外源DNA存在的情況下，cGAS和G3BP1之間的相互作用會大大增強。研究人員發(fā)現(xiàn)，去除 G3BP1或者PKR以后，能顯著抑制外源DNA對干擾素的誘導生成，表明G3BP1和PKR在識別外源 DNA并誘導生成干擾素的過程中具有重要作用。研究同時發(fā)現(xiàn)DNA誘導的天然免疫機制可被空間位阻所控制。
研究人員通過免疫共沉淀聯(lián)用質譜鑒定的方式發(fā)現(xiàn)cGAS與大量的RNA結合蛋白相互作用；隨后證實應激顆粒重要蛋白G3BP1與cGAS具有RNA依賴的相互作用。
應激顆粒已經(jīng)被報道包含多種RNA識別受體，也可作為RNA識別平臺，對細胞識別RNA誘導生成干擾素具有重要作用。本研究證明DNA重要受體cGAS也能定位于應激顆粒中，提示應激顆粒是識別外源核酸（DNA和RNA）和誘導啟動天然免疫機制的重要平臺。這些發(fā)現(xiàn)對于阻止異常DNA誘發(fā)的自身免疫具有重要理論指導意義，為研究天然免疫調控提供了理論基礎。
文章發(fā)表后，被當期《Science》雜志的“This Week in Science”欄目選為推薦文章。
病原生物學研究所副研究員胡斯奇，博士生孫宏、殷利眷為論文共同第一作者，郭斐、王健偉教授和加拿大麥吉爾大學梁臣教授為共同通訊作者。本研究得到了中國醫(yī)學科學院創(chuàng)新工程(CIFMS 2018-I2M-3-004, 2016-I2M-1-014)、國家科技重大專項（2018ZX10301408-003，2018ZX10731101-001-018）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0500307）等項目的資助。
論文鏈接：https://stke.sciencemag.org/content/sigtrans/12/609/eaav7934.full.pdf
（病原生物學研究所）
