抗病毒天然免疫信号通路调控机制研究

博士研究生学位论文题目：抗病毒天然免疫信号通路调控机制研究姓名：游富平学号：10811846院系：生命科学学院专业：细胞生物学研究方向：固有免疫及相关的细胞信号传导导师姓名：蒋争凡二0一一年六月北京大学博士学位论文版权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任何方式传播。否则，引起有碍作者著作权之问题，将可能承担法律责任。北京大学博士学位论文摘要天然免疫系统中有一系列的模式识别受体，这些受体对于抵御外来病原体的入侵是不可或缺的。它们主要分为三大家族：Toll样受体，Nod样受体和RIG-I样解旋酶受体。不同的模式识别受体通过招募特异的接头蛋白介导不同的信号通路，从而介导大量的炎症因子和趋化因子的诱导表达等免疫反应。然而，很多信号通路的传导机制目前研究的还不清楚。所以，我选择筛选天然免疫信号传导过程中的新的基因和探索其功能作为我的研究课题。病毒的感染能够激活天然免疫抗病毒反应。细胞会通过模式识别受体识别病毒的核酸来监测病毒的感染。RIG-I样解旋酶受体包括RIG-I和Mda5，它们能够识别细胞胞浆中的病毒RNA来活化免疫信号通路。尽管RIG-I和Mda5能够识别不同种类的病毒，然而它们在信号传导过程中却能够招募同一个接头蛋白MAVS（又名VISA，IPS-1和Cardif）来传递信号。MAVS定位于线粒体的外膜，它在细胞内的正确定位对于其发挥功能是必需的。MAVS在线粒体上和Mda5或者RIG-I形成信号复合物，并招募下游的信号分子，最终上调一型干扰素和促炎症因子的表达。MAVS的功能的正常调控是十分必要的，因为过度的活化能够导致过量的免疫分子的产生对机体造成损害。我们的研究工作发现PCBP2能够负调控MAVS介导的抗病毒信号通路。病毒的感染或一型干扰素的处理能够迅速的上调PCBP2的表达，并且诱导PCBP2和MAVS的结合，进而导致MAVS的降解。PCBP2通过其WB2序列招募一个HECT家族泛素E3连接酶—AIP4到MAVS分子，并且AIP4介导了MAVS泛素化和降解。在野生型的小鼠的成纤维细胞中，病毒的感染能够诱导MAVS的降解，却不能够影响MAVS在AIP4基因缺失的小鼠的成纤维细胞中的表达量。PCBP2-AIP4组成了一个全新的信号级联反应介导了MAVS的降解，为抗病毒天然免疫反应提供了恰当的调节机制。更为重要的是，AIP4基因缺失的小鼠患有典型的自身免疫性疾病和多器官北京大学博士学位论文慢性炎症反应。我们的研究工作为与AIP4基因缺失相关的这一系列疾病，提供了新的理论依据——RIG-I样解旋酶受体信号通路调控的异常有可能是这些疾病的诱因之一。信号传导转录活化子6（STAT6）在Th2细胞相关的免疫反应中发挥着重要作用。尽管越来越多的研究成果在不断地揭示STAT6的功能，然而它的功能目前还没被清楚地阐释。我们的研究工作发现一条全新的依赖于STAT6的信号级联反应。病毒或者胞浆内的核酸能够激活ERIS并使之招募STAT6和TBK1，TBK1能够磷酸化STAT6，STAT6磷酸化化之后能够发生二聚化并转移到细胞核中诱导特定的基因，特别是与免疫细胞回巢相关的基因的表达。在多种的因子的刺激下，ERIS作为一个接头蛋白为MAVS，STAT6以及TBK1的相互作用提供了一个有效地平台。关键字：病毒RNAMAVSPCBP2泛素化STAT6北京大学博士学位论文AntiviralinnateimmunesignaltransductionFupingYouCellbiologyDirectedbyprofessorZhengfanJiangAbstractInnateimmunityservesasthefirstlineofdefenseagainstpathogens,whichinvolvesabroadrangeofreceptors.Thefamiliesincludetoll-likereceptors,Nod-likereceptorsandRIG-likehelicases.Theymediatedistinctsignalingpathwaysbyrecruitingspecificadapters,whichinturninducetheproductionofinflammatorycytokines,chemokinesinvolvedinimmuneresponses.However,manysignaltransductionmechanismshavenotyetbeenclearlyclarified.Mythesisprojectsinvolvedcharacterizationofnovelgenesintheinnateimmunesignalingpathways.Viralinvasiontriggershostantiviralinnateimmuneresponses.Cellsusepattern-recognitionreceptorstodetectviralinfectionbysensingviralnucleicacids.RIG-I-likehelicases(RLHs),includingRIG-IandMda5,functionascytoplasmicRNAsensorsthatrecognizeviralRNA.AlthoughRIG-IandMda5sensedistincttypesofviruses,theysharethecommonadaptorproteinMAVS(alsoknownasCardif,IPS-1orVISA)totransmitsignals.MAVSresidesonthemitochondrialoutermembrane,whereitinteractswithMda5orRIG-Iandrecruits‘downstream’signalingmolecules,eventuallyleadingtotheproductionoftypeIinterferonsandproinflammatorycytokines.MAVSregulationisessentialforthepreventionofexcessiveharmfulimmuneresponses.HereweidentifyPCBP2asanegativeregulatorinMAVS-mediatedsignaling.TheexpressionsofPCBP2wereinducedafterviralinfectionortreatmentwithIFNs,anditsinteractionwithMAVSledtoproteasomaldegradationofMAVS.ThroughitsWB2motif，PCBP2recruitedtheHECTdomain–containingE3ligaseAIP4topolyubiquitinateanddegradeMAVS.TheWW北京大学博士学位论文domainofAIP4isessentialfortheformationofthiscomplex,whichcaninteractwiththeWB2motifofPCBP2.MAVSwasdegradedafterviralinfectioninwild-typemouseembryonicfibroblastsbutremainedstableinAIP4-deficient(Itch−/−)mouseembryonicfibroblasts.ThePCBP2-AIP4axisdefinesanewsignalingcascadeforMAVSdegradationand‘finetuning’ofantiviralinnateimmunity.Morenotably,asAIP4deficientmicehavecharacteristicautoimmunityandchronicmultiorganinflammation,ourresultsraisethepossibilitythatAIP4deficientmicemayexperiencetheseimmunedisordersinpartbecauseofdysregulatedRLHssignaling.Signaltransducerandactivatoroftranscription6(STAT6)criticallyfunctionsinTh2-biasedimmunityandallergicinflammation.Althoughgrowingevidenceimpliesforcomplexityinitssignaling,theexplicitroleofSTAT6remainspoorlydefined.HerewereportanovelinnateimmunesignalcascadethatdependsonSTAT6.VirusorcytoplasmicnucleicacidstriggerERIStorecruitSTAT6,whichisphosphorylatedbyTBK1，followedbydimerizationandnucleustranslocationtoinducespecifictargetgenes,mainlyresponsibleforimmunecellhoming.ERISfunctionsasaplatformadaptortointeractwithMAVS,STAT6andTBK1,integratingsignalsfromvariousstimuli.Keywords:viralRNAMAVSPCBP2ubiquitinationSTAT6北京大学博士学位论文目录第一章研究背景与文献综述.......................................................................................................11.1天然免疫信号通路简介....................................................................................................11.2TLR信号通路………………………………………………………………………….….21.2.1TLR信号通路简介…………………………………………………………….……21.2.2TLR信号传导………………………………………………………………...….….41.3RLH信号通路………………………………………….…………………………...….....91.3.1RLH信号通路简介……………………………………….………………….....91.3.2RLH识别的病毒………………………………………………………….…...101.3.3RLH信号传导…………………………………………………….……..…….111.3.3.1接头蛋白MAVS………………………………..……………………….111.3.3.2接头蛋白ERIS…………………………………...……………………...131.3.4泛素化对RLH信号传导的调节……………………………………………..141.3.5RLH信号通路的负调控………………………………….…………….……..151.3.6病毒对于RLH信号通路的干扰…………………………………………...….171.3.6.1干扰受体对于核酸的识别……………………………………….…..…171.3.6.2干扰信号传递………………………….………………….……….…....181.3.6.3抑制转录因子……………………