Mol Cell | E3泛素连接酶PELI2介导STING信号激活的阈值设定

撰文 | Sure

自从2013年cGAS被发现，cGAS-STING通路在检测和应对病毒和细菌感染等外部威胁和癌症发展等内部威胁中的作用已经越来越多的被提及。cGAS-STING通路几乎无处不在，它可以监测细胞质中的dsDNA，而dsDNA是病原体感染、细胞损伤和癌症等多种威胁的危险信号。cGAS识别dsDNA后被激活产生细胞质内第二信使cGAMP，后者结合STING后 激活干扰素 （IFNs） 基因表达【1】。虽然cGAS-STING需要对导致细胞质内高水平dsDNA的威胁做出有效的反应，但是该通路还必须能够耐受本底水平的低含量dsDNA。细胞质中dsDNA的基础低水平的可能来源包括了内源性逆转录病毒元件、日常细胞损伤和衰老等。如果缺乏这种耐受，STING的长期激活会导致狼疮、AGS综合征和神经变性【2-4】。目前，对于cGAS-STING通路本身在感知dsDNA后是否具有一定的灵活性或容忍性，以处理细胞质内dsDNA正常水平的波动仍然未知。

近日，来自美国斯坦福大学的Lingyin Li课题组在Molecular Cell上发表了研究论文PELI2 is a negative regulator of STING signaling that is dynamically repressed during viral infection。在本研究中，作者发现E3泛素连接酶PELI2是STING通路的负调控因子，它能防止该通路被基础水平的细胞质dsDNA激活，而在受到高水平dsDNA威胁时，PELI2会被下调，激活STING的信号转导，形成一个正反馈回路。此外，PELI2在自身免疫性疾病中的错误下调可能是导致这些患者炎症反应的一个诱因。

在先前的研究中，作者通过全基因组水平CRISPR筛选鉴定了STING信号通路的调控因子，他们发现E3泛素连接酶PELI2是排名最高的负调控因子之一。在本研究中，作者接着探究PELI2是如何负调控cGAS-STING信号通路的。对cGAMP激活STING及其下游TBK1和IRF3的能力收否受到PELI2调控进行研究后，作者发现PELI2通过抑制STING信号下游IRF3的信号转导，同时增强NF-κB信号转导，特异性的改变了STING信号的下游转录响应。进一步的研究发现，PELI2抑制STING-IRF3信号轴的作用依赖于其自身的FHA结构域结合磷酸苏氨酸残基的能力，而被激活后STING的C末端CTT区包含多个被磷酸化的苏氨酸位点。PELI2可以结合磷酸化的STING蛋白，从而发挥抑制STING-IRF3信号轴的作用。

PELI2的FHA结构域介导了与磷酸化的STING结合，那么PELI2又是如何抑制STING向IRF3进行的信号转导呢？考虑到PELI2本身的E3泛素连接酶作用，作者推测PELI2可能介导了IRF3的泛素化降解。为了验证这一假设，作者构建了表达PELI2 E3泛素连接酶功能缺陷型突变体的细胞，研究发现，PELI2突变体仍能与磷酸化的STING结合，但是却唯独缺失了抑制IRF3信号轴的功能。令人惊讶的是，PELI2并非介导IRF3的多泛素化，而是介导了TBK1的泛素化。这些结果表明，TBK1磷酸化STING后，PELI2可以结合磷酸化的STING，使得PELI2能够接近TBK1，导致TBK1被多泛素化进而活性降低，因此也抑制了下游IRF3信号轴的转导。

在明确了PELI2是如何抑制STING-IRF3信号轴的具体机制后，作者接下来研究了PELI2的抑制功能在应对各种威胁时的作用。作者首先对病毒感染时的作用进行了研究，结果表明一旦病毒感染激活STING超过一定的阈值，就会产生足够的IFNβ来下调PELI2的表达，以此提高STING通路的敏感性让细胞做好应对高水平威胁的准备。另一方面，作者研究了PELI2是否能抑制自身免疫性疾病中出现的慢性低水平STING信号转导。结果表明，在STING长期激活的条件下，PELI2能极大地抑制IRF3-ISG信号转导，并且PELI2在控制由DNA损伤响应相关基因突变引起的STING长期激活中也发挥了抑制作用。更加重要的是，作者分析了系统性红斑狼疮患者的角质形成细胞转录组数据，发现PELI2的表达明显低于健康对照组，并且PELI2表达量与IFNβ及ISGs表达呈负相关，这表明在自身免疫性疾病患者中PELI2水平的降低可能导致自身免疫性疾病患者对dsDNA的高敏感性。此外，PELI2在其他自身免疫性疾病患者和多种癌症组织中的表达量都不同程度的降低，这一发现支持了PELI2在病原感染、自身免疫性疾病和癌症中下调以促进STING激活的观点。

总的来说，这篇文章揭示了PELI2作为STING-IRF3信号转导负调控因子的作用机制。具体来说PELI2作为STING激活的阈值设定因子，在正常状态下抑制干扰素的产生，而在病毒感染时会迅速下调以启动先天免疫反应。重要的是，PELI2的这一功能可以预防基础炎症。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.06.001

制版人：十一

参考文献

1. Ritchie, C., Carozza, J.A., and Li, L. (2022). Biochemistry, Cell Biology, and Pathophysiology of the Innate Immune cGAS-cGAMP-STING Pathway.Annu. Rev. Biochem.91, 599–628.

2. Lee-Kirsch, M.A., Gong, M., Chowdhury, D., Senenko, L., Engel, K., Lee, Y.-A., de Silva, U., Bailey, S.L., Witte, T., Vyse, T.J., et al. (2007). Mutations in the gene encoding the 30-50 DNA exonuclease TREX1 are associated with systemic lupus erythematosus.Nat. Genet.39, 10651067.

3. Gall, A., Treuting, P., Elkon, K.B., Loo, Y.-M., Gale, M., Barber, G.N., and Stetson, D.B. (2012). Autoimmunity initiates in nonhematopoietic cells and progresses via lymphocytes in an interferon-dependent autoimmune disease.Immunity36, 120–131.

4. Gao, D., Li, T., Li, X.-D., Chen, X., Li, Q.-Z., Wight-Carter, M., and Chen, Z.J. (2015). Activation of cyclic GMP-AMP synthase by self-DNA causes autoimmune diseases.Proc. Natl. Acad. Sci. USA112, E5699–E5705.

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