研究发现去泛素化酶OTUD3在分别调控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信号通路中发挥相反作用

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先天免疫（Innate immunity）是机体抵御病原微生物入侵的第一道防线，它从无脊椎动物到脊椎动物均十分保守。机体通过模式识别受体（PRRs），如Toll样受体、RIG-I样受体、细胞质DNA传感器等，识别病原体相关分子模式（PAMPs），即病毒感染或复制过程中产生的RNA和DNA，启动机体免疫反应，诱导I型干扰素、炎症因子和其他下游抗病毒效应蛋白的产生。鱼类隶属于原始有颌类脊椎动物，其获得性免疫（Adaptive Immunity）相对欠发达，免疫记忆相对较弱，因此，先天免疫对于鱼类抗病毒感染尤为重要。阐明鱼类抗病毒先天免疫的遗传机制对培育抗病毒鱼类新品种具有指导意义。

在模式识别受体中，Toll样受体3(TLR3)主要识别细胞外和细胞内的病毒RNA，而细胞质病毒RNA主要由RIG-I样受体识别，细胞质病毒DNA则主要由cGAS/STING识别。RIG-I样受体包括RIG-I和MDA5，当其与病毒RNA结合后发生构象变化，并招募PP1α/γ进行去磷酸化，进而由多个E3泛素连接酶，如TRIM25、TRIM65、RNF135等，介导其发生K63位连接的多聚泛素化，激活先天免疫信号通路。cGAS是环磷酸鸟苷–腺苷合成酶，当cGAS与病毒DNA结合后，介导合成第二信使cGAMP。cGAMP再与内质网（ER）上的膜蛋白干扰素基因刺激因子（STING）结合，并活化STING、激活先天免疫信号通路。cGAS的活性同样受到蛋白修饰的调节。

近日，中国科学院水生生物研究所研究员肖武汉团队在Cell Reports上，发表了题为Opposing effects of deubiquitinase OTUD3 in innate immunity against RNA and DNA viruses的研究论文，阐明了去泛素化酶OTUD3在分别调控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信号通路中发挥完全相反的作用。

为了寻找抗RNA病毒先天免疫信号通路的负调控因子，科研人员系统筛选了去除RIG-I样受体K63位连接多聚泛素化的去泛素化酶。研究发现，去泛素化酶OTUD3既能靶向RIG-I，也能靶向MDA5，并去除它们K63位连接的多聚泛素化。进一步分析发现，OTUD3能去除由RNF135介导的RIG-I的 K63位连接多聚泛素化，以及由TRIM65介导的MDA5的K63位连接多聚泛素化。此外，OTUD3还能抑制RIG-I和MDA5的多聚化，以及它们与病毒RNA的结合。科研人员利用CRISPR/Cas9技术，获得了OTUD3敲除的斑马鱼和小鼠。在斑马鱼中，经鲤春病毒（SVCV）（RNA病毒）攻毒实验发现，otud3缺失斑马鱼与野生型斑马鱼相比，其体内的干扰素水平和抗病毒基因表达显著上升，病毒的复制受到抑制；otud3缺失的斑马鱼表现出更强的抗鲤春病毒感染的能力。在小鼠中，经水疱性口炎病毒（VSV）（RNA病毒）攻毒试验发现，Otud3缺失小鼠与野生型小鼠相比，其体内的干扰素水平和抗病毒基因表达显著上升，病毒的复制受到抑制；Otud3缺失小鼠表现出更强的抗水疱性口炎病毒感染的能力。

此外，OTUD3还能正向调控由cGAS介导的抗DNA病毒先天免疫信号通路。经分析，OTUD3可特异性去除cGAS第279位赖氨酸上K48位连接的多聚泛素化，进而稳定cGAS蛋白，促进cGAS与病毒DNA的结合，激活抗DNA病毒先天免疫反应。在斑马鱼中，经鲤疱疹病毒（CyHV-2）（DNA病毒）攻毒实验发现，otud3缺失斑马鱼与野生型斑马鱼相比，其体内的干扰素水平下降；otud3缺失斑马鱼表现出对鲤疱疹病毒的易感性增加。在小鼠中，经单纯疱疹病毒（HSV-1）（DNA病毒）攻毒实验发现，Otud3缺失小鼠与野生型小鼠相比，其体内的干扰素水平显著下降；Otud3缺失小鼠表现出对单纯疱疹病毒的易感性增加。该研究揭示了同一个基因在分别调控抗RNA病毒和抗DNA病毒先天免疫信号通路中的相反作用。