病原生物学研究所郭斐和王健伟教授团队
揭示调节cGAS感应DNA的重要分子机制
2019年11月26日，中国医学科学院病原生物学研究所郭斐和王健伟教授团队在《Science Signaling》杂志在线发表了题为“PKR-dependent cytosolic cGAS foci are necessary for intracellular DNA sensing”的论文，发现DNA重要识别受体cGAS定位于应激颗粒中，应激颗粒的形成对于cGAS识别外源DNA诱导干扰素的生成具有重要作用。本研究揭示了应激颗粒是识别外源核酸（DNA和RNA）诱发天然免疫机制的重要平台，这对于阻止异常DNA诱发的自身免疫具有重要理论指导意义。
此前的研究发现DNA识别受体环鸟苷酸-腺苷酸合成酶(cyclic GMP-AMP (cGAMP) synthase, cGAS）可识别外源DNA以及RNA与DNA杂合链，催化产生第二信使环鸟苷酸-腺苷酸（cyclic GMP-AMP, cGAMP）；而后cGAMP结合并激活STING，随之招募激活TBK1-IRF3，最终导致干扰素和免疫因子的产生(Sun L et al. Science, 2013; Wu J et al.Science, 2013)。既往研究发现外源DNA进入细胞后，在细胞质内会募集cGAS形成颗粒状结构（foci），但是这种颗粒的组成及其在cGAS识别外源DNA诱导生成干扰素过程中的生理作用尚待研究。
本次研究发现cGAS可与应激颗粒重要蛋白G3BP1相互作用，促进cGAS与DNA的结合并诱导生成干扰素；cGAS也可以与在RNA识别过程中发挥重要作用的蛋白质分子PKR相互作用。研究发现，cGAS通过磷酸化PKR进而磷酸化eIF2α，从而诱发形成与G3BP1相关的应激颗粒。相反，在去除cGAS后，DNA诱导形成应激颗粒的能力基本消失，表明DNA通过cGAS诱发应激颗粒的形成。
该研究首次揭示了cGAS与外源DNA在胞质内形成的颗粒的主要成分，表明了该颗粒的形成对于cGAS识别外源DNA诱导生成干扰素的重要性。
研究人员借助免疫荧光实验发现，外源DNA的刺激会使cGAS和G3BP1与DNA具有明显的共定位。在外源DNA存在的情况下，cGAS和G3BP1之间的相互作用会大大增强。研究人员发现，去除 G3BP1或者PKR以后，能显著抑制外源DNA对干扰素的诱导生成，表明G3BP1和PKR在识别外源 DNA并诱导生成干扰素的过程中具有重要作用。研究同时发现DNA诱导的天然免疫机制可被空间位阻所控制。
研究人员通过免疫共沉淀联用质谱鉴定的方式发现cGAS与大量的RNA结合蛋白相互作用；随后证实应激颗粒重要蛋白G3BP1与cGAS具有RNA依赖的相互作用。
应激颗粒已经被报道包含多种RNA识别受体，也可作为RNA识别平台，对细胞识别RNA诱导生成干扰素具有重要作用。本研究证明DNA重要受体cGAS也能定位于应激颗粒中，提示应激颗粒是识别外源核酸（DNA和RNA）和诱导启动天然免疫机制的重要平台。这些发现对于阻止异常DNA诱发的自身免疫具有重要理论指导意义，为研究天然免疫调控提供了理论基础。
文章发表后，被当期《Science》杂志的“This Week in Science”栏目选为推荐文章。
病原生物学研究所副研究员胡斯奇，博士生孙宏、殷利眷为论文共同第一作者，郭斐、王健伟教授和加拿大麦吉尔大学梁臣教授为共同通讯作者。本研究得到了中国医学科学院创新工程(CIFMS 2018-I2M-3-004, 2016-I2M-1-014)、国家科技重大专项（2018ZX10301408-003，2018ZX10731101-001-018）、国家重点研发计划（2016YFD0500307）等项目的资助。
论文链接：https://stke.sciencemag.org/content/sigtrans/12/609/eaav7934.full.pdf
（病原生物学研究所）
