中科院上海巴斯德所揭示表觀調控蛋白MLL5參與抗RNA病毒免疫反應功能

3月28日，國際學術期刊Nature Communications在線發表了中國科學院上海巴斯德研究所張岩研究組的研究論文，揭示了表觀遺傳調控蛋白MLL5在抗病毒天然免疫過程中的新的調控機制。研究發現MLL5介導病毒RNA受體RIG-I與其E3泛素連接酶STUB1的結合，促進STUB1對RIG-I蛋白K48位泛素化修飾與蛋白降解，進而調控宿主抗病毒天然免疫過程。

RIG-I蛋白是細胞質中的RNA受體，可以識別細胞內RNA病毒的感染並激活下游抗病毒的天然免疫反應。RIG-I蛋白的水平受到嚴格的調控，以維持體內處於合適的免疫穩態，防止過強的免疫反應損傷自身。Trithorax蛋白家族是一類在進化中非常保守的表觀遺傳調控蛋白，參與細胞核內組蛋白H3K4的甲基化修飾與基因的轉錄調控。MLL5是Trithorax蛋白家族的重要成員，在造血幹細胞「自我更新」、精子發生、細胞周期調控等過程中發揮了重要的作用，但其在抗病毒天然免疫過程的作用之前未有研究。

在本項研究中，博士研究生周培培發現了MLL5在RIG-I介導的抗病毒天然免疫過程中的負性調控作用。RNA病毒VSV感染MLL5基因敲除的HEK293T細胞後，細胞產生的I型干擾素與炎症因子的水平明顯增加，同時VSV的複製收到抑制。相反的，DNA病毒HSV-1感染在MLL5基因敲除的細胞，其I型干擾素與炎症因子的產生水平沒有變化，說明MLL5特異性地參與了RNA病毒誘導的免疫反應的調控。體內實驗中，與野生型對照小鼠相比，Mll5基因敲除小鼠對VSV病毒的感染更為耐受，能夠產生更多的IFN-β、TNFα和IL6細胞因子。

後續的機制研究發現，MLL5基因缺失後，發現RIG-I蛋白水平顯著增加，且K48泛素化修飾水平降低，說明了RIG-I蛋白的降解受到抑制。STUB1是RIG-I蛋白特異性的E3泛素化酶，可以催化RIG-I蛋白第K48位的泛素化修飾，促進RIG-I蛋白的降解。免疫共沉澱與蛋白質譜研究發現，胞漿中的MLL5能夠介導RIG-I以及STUB1結合。當MLL5缺失後，RIG-I與STUB1的結合減弱，RIG-I蛋白的降解受抑制，進而導致RIG-I在細胞中的積累。相應地，當過表達MLL5蛋白時，RIG-I與STUB1的結合顯著增強，促進RIG-I蛋白的K48位泛素化修飾和溶酶體途徑的降解。有趣的是，在VSV感染後，細胞核內的MLL5蛋白會想胞漿中轉移，促進對RIG-I蛋白的降解。該研究揭示了表觀遺傳調控因子MLL5蛋白，通過一種不同於經典的表觀遺傳調控的作用機制，參與機體抗病毒天然免疫的調節。

a）野生型和mll5基因敲除小鼠對VSV-GFP感染後體重變化曲線和存活率曲線。（b）野生型和mll5基因敲除小鼠病毒感染後肺部組織HE染色。（c）MLL5調控RLR通路模式圖。

該研究是在張岩教授的指導下，由上海巴斯德所的研究生周培培等人完成。該研究獲得了上海巴斯德所孟廣勛研究員、肖暉研究員、鍾勁研究員，中科院生化細胞所侯法建研究員，上海交通大學免疫學研究所李斌教授，國立新加坡大學鄧力文教授的大力支持。該項目獲得了國家自然科學基金委員會、科技部與中科院的經費支持。

原文摘要：

Trithorax group protein MLL5 is an important epigenetic modifier that controls cell cycle progression, chromatin architecture maintenance, and hematopoiesis. However, whether MLL5 has a role in innate antiviral immunity is largely unknown. Here we show that MLL5 suppresses the RIG-I-mediated anti-viral immune response.Mll5-deficient mice infected with vesicular stomatitis virus show enhanced anti-viral innate immunity, reduced morbidity, and viral load. Mechanistically, a fraction of MLL5 located in the cytoplasm interacts with both RIG-I and its E3 ubiquitin ligase STUB1, which promotes K48-linked polyubiquitination and proteasomal degradation of RIG-I. MLL5 deficiency attenuates the RIG-I and STUB1 association, reducing K48-linked polyubiquitination and accumulation of RIG-I protein in cells. Upon virus infection, nuclear MLL5 protein translocates from the nucleus to the cytoplasm inducing STUB1-mediated degradation of RIG-I. Our study uncovers a previously unrecognized role for MLL5 in antiviral innate immune responses and suggests a new target for controlling viral infection.

專家介紹：

張岩，博士，研究員

研究方向：

（1）造血免疫細胞發生、發育與癌變的表觀遺傳調控

造血免疫系統中的細胞均由骨髓中的造血幹細胞分化發育而來。造血幹細胞的「自我更新」與定向分化受到細胞內轉錄因子、表觀遺傳調控因子、信號通路以及骨髓微環境的嚴格調控。 我們實驗室利用多種基因敲除小鼠模型，研究組蛋白修飾酶、染色質重塑蛋白等表觀遺傳調控因子在造血幹細胞發生髮育、「自我更新」功能維持、定向分化過程中，以及在造血系統疾病（如白血病）發生中的功能與作用機制。

（2）大片段染色體定點遺傳操作技術的研發

利用大段染色體（Mb級）遺傳操作可以實現染色體的定點缺失、移位、倒置，在腫瘤細胞模型與動物模型的構建中，具有重要的應用。我們實驗室結合同源重組技術、基因編輯技術與重組酶介導片段互換技術，發展跨物種Mb級染色體片段定點遺傳操作技術，並利用該技術可以構建攜帶大段人源染色體的轉基因小鼠模型。該模型在發育生物學研究、癌症研究以及全人抗體研發中有重要的應用。

（3）人源化小鼠模型的研發

人類細胞或組織可以通過移植在免疫缺陷的小鼠體內存活並生長，是腫瘤研究、藥物研發重要的工具模型。我們實驗室通過轉基因與基因敲入的技術，將若干人細胞因子基因導入小鼠基因組，對免疫缺陷小鼠的體內微環境進行進一步改造，使得人類造血免疫細胞能夠在小鼠體內更好地發育分化。

來源：上海巴斯德研究所

編輯：ipsvirus

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