gC1qR/HDAC6在PCV2抑制Ⅰ型干扰素系统功能中的作用与机制

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wumingxiaoziwoaini
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猪圆环病毒2型(porcine circovirus type 2,PCV2)目前仍是世界范围内流行最广的病原之一,给我国养猪业带来了巨大的经济损失。虽然PCV2单独感染致病性较弱,但是PCV2感染可引起机体免疫功能低下,使感染猪对多种病原易感,病死率显著升高。因此,研究PCV2感染诱导机体免疫功能低下的分子机制仍然是阐明PCV2致病机制的首要任务,也是提供有效防控策略的最佳途径。作为宿主天然免疫的重要组成部分,I型干扰素及其所诱导的干扰素刺激基因(ISGs)表达产物是宿主防御各类病毒感染、抑制病毒复制和阻断病毒扩散的关键天然免疫分子。目前研究已经证实cGAS-STING信号通路是识别病原DNA并诱导I型干扰素表达的主要通路,产生的干扰素通过JAK-STAT信号通路诱导ISGs表达并发挥抗病毒作用。前期研究发现PCV2感染不仅不能像其他DNA病毒一样有效激活cGAS-STING通路诱导IFN-β产生,而且可以进一步抑制其他DNA病毒激活cGAS-STING通路。cGAS作为胞内识别和感受DNA的重要分子,PCV2如何靶向调控cGAS的功能以及PCV2感染是否抑制I型干扰素介导的抗病毒反应目前尚不清楚。此外,PCV2感染可通过诱导细胞自噬促进其自身复制,作为PCV2 Cap的互作分子,gC1qR在调控细胞自噬、病毒复制和介导机体免疫抑制形成中发挥关键作用,HDAC6作为一个主要定位于细胞质的去乙酰化酶,在调控细胞自噬、特定蛋白降解以及RIG-I和TLR介导的I型干扰素产生过程中发挥关键作用。但是gC1qR和HDAC6如何调控cGAS-STING通路介导的I型干扰素产生以及I型干扰素应答反应,目前未见文献报道。本研究拟在前期研究的基础上深入研究并阐明PCV2感染抑制其他DNA病毒诱导cGAS-STING信号通路的活化以及抑制I型干扰素应答的分子机制,明确gC1qR/HDAC6在此过程中的功能作用,进而从天然免疫角度揭示PCV2感染对其他DNA病毒易感的分子机制。研究成果有助于更全面地揭示PCV2诱导宿主免疫功能低下的分子机理,为防控和净化PCV2提供理论指导和新的防控靶标。研究取得如下结果:1.PCV2感染通过减少cGAMP的产生抑制cGAS-STING信号通路的激活进而促进其他DNA病毒感染流行病学调查数据发现,在PCV2阳性猪群中PPV和PRV的感染率和发病率显著高于PCV2阴性猪群(P<0.01),PCV2阳性猪群中PPV和PRV的病毒载量显著高于PCV2阴性猪群(P<0.01),PCV2感染抑制PPV和PRV诱导的IFN-β表达,促进PPV和PRV的复制(P<0.01),PCV2感染抑制PPV和PRV诱导的仔猪肺脏以及PK-15细胞中Ifn-β、Ifit1和Cxcl10的转录(P<0.01);PCV2对ISD刺激或者感染PPV/PRV所诱导Ifn-β的抑制作用呈现剂量和时间依赖性,与Ifnar是否敲除无关;PCV2感染可以显著降低IRF3、TBK1的磷酸化水平以及磷酸化IRF3的入核水平,显著抑制cGAMP的产生(P<0.01)。2.PCV2感染诱导cGAS第389位赖氨酸发生K48多聚泛素化修饰,并通过激活HDAC6介导泛素化cGAS发生自噬性降解PCV2感染细胞中cGAS蛋白水平显著降低(P<0.01),自噬抑制剂(CQ)处理或者干扰Atg5能够显著抑制PCV2感染诱导的cGAS降解,而蛋白酶体途径抑制剂(MG132)处理不能抑制PCV2诱导的cGAS降解;PCV2感染细胞中cGAS与LC3发生共定位;PCV2感染诱导cGAS第389位赖氨酸发生K48多聚泛素化修饰,并促进泛素化cGAS与p62相互作用;cGAS敲除细胞中转入突变的cGAS(K389R)可以阻断PCV2诱导的cGAS K48多聚泛素化以及泛素化cGAS与p62相互作用;PCV2感染细胞中HDAC6被活化,降低感染细胞微管乙酰化水平,促进HDAC6与泛素化cGAS和p62相互作用,而K389R突变cGAS既不能发生多聚泛素化修饰,也不能与HDAC6、p62发生相互作用;干扰HDAC6可以显著抑制PCV2感染诱导的cGAS降解,但不会影响cGAS的多聚泛素化水平;泛素结合结构域缺失的HDAC6与泛素化cGAS和p62的相互作用减少,HDAC6特异性抑制剂处理或者转入突变去乙酰化活性位点的HDAC6均可以显著抑制PCV2感染细胞中泛素化cGAS与p62的相互作用,PCV2感染通过Cap介导的PKCδ信号激活HDAC6。3.PCV2感染通过gC1qR介导的Akt信号诱导cGAS第278位丝氨酸发生磷酸化,抑制cGAS催化活性,促进cGAS的多聚泛素化,导致cGAS发生自噬性降解自噬抑制剂处理或cGAS敲除细胞中转入K389 cGAS突变体或使用HDAC6特异性抑制剂均可以显著提高PCV2感染细胞中cGAS的蛋白水平,但无法恢复cGAMP和IFN-β的产生水平;PCV2感染诱导cGAS第278位丝氨酸发生磷酸化,抑制了cGAS的催化活性,模拟磷酸化的S278D突变cGAS其产生cGAMP能力减弱(P<0.01),S278A突变cGAS其cGAMP产生水平显著高于S278D突变cGAS(P<0.01);PCV2感染通过Akt信号介导cGAS磷酸化,并且PCV2感染早期诱导cGAS S278磷酸化促进感染后期cGAS K48多聚泛素化的形成和cGAS的降解;rAd-Cap、rAd-Rep以及rAd-Blank感染细胞,感染rAd-Cap可以显著抑制cGAMP产生以及Ifn-βm RNA水平;gC1qR敲除细胞中未检测到cGAS S278磷酸化和HDAC6的活化;gC1qR结合活性缺失型突变毒株(PCV2Rm A)感染细胞,在给予PPV或PRV刺激后细胞中cGAMP产生水平显著高于PCV2感染细胞(P<0.01),但是PCV2感染细胞中IFN-β产生水平仍然显著低于PCV2Rm A感染细胞(P<0.01);PCV2Rm A感染细胞中cGAS磷酸化、泛素化均显著减弱,且PCV2Rm A感染细胞中微管乙酰化水平显著高于PCV2感染细胞(P<0.01);PCV2Rm A感染细胞中PPV或者PRV感染诱导的IFN-β水平显著高于PCV2感染细胞(P<0.01),并且PPV和PRV的病毒拷贝数显著低于PCV2感染细胞(P<0.01);PCV2Rm A感染仅诱导轻度组织学损伤,并且与野生型PCV2感染相比对PRV二次感染所诱导的肺脏与脑部的病理损伤没有加强作用。4.PCV2 Cap与gC1qR介导PCV2抑制I型干扰素诱导的抗病毒免疫反应PCV2感染可以显著抑制体内和体外干扰素诱导的ISGs的表达(P<0.05,P<0.01);PCV2可以显著抑制ISRE启动子活性(P<0.01);PCV2感染显著抑制STAT1和STAT2的磷酸化、ISGF3复合体的形成以及磷酸化STAT1和STAT2的入核,且呈现剂量依赖性;PCV2显著抑制了ISGF3与ISRE的结合活性(P<0.01);PCV2 Cap和Rep可以显著抑制ISRE启动子活性,并且Cap抑制STAT1和STAT2磷酸化水平、ISGF3复合体的形成以及磷酸化STAT1和STAT2的入核,Rep仅抑制磷酸化STAT1和STAT2的入核;PCV2 Cap和Rep均显著抑制了ISGF3与ISRE的结合活性(P<0.01);Cap蛋白主要在PCV2感染早期发挥抑制作用,Rep蛋白在PCV2感染后期发挥抑制作用;Cap蛋白不与STAT1和STAT2互作;PCV2感染gC1qR-/-细胞中的ISRE启动子活性以及Ifit1、Cxcl10和Mx1 m RNA水平显著高于野生型细胞(P<0.01),PCV2感染gC1qR-/-细胞中STAT1和STAT2磷酸化水平以及磷酸化STAT1和STAT2入核水平均高于野生型细胞。综上所述,本研究围绕以I型干扰素系统为代表的宿主天然免疫,深度解析PCV2如何抑制其他DNA病毒诱导cGAS-STING信号通路活化的分子机制以及PCV2如何抑制I型干扰素应答反应的分子机制,明确了:(1)PCV2感染早期通过gC1qR/AKT诱导cGAS磷酸化负调控其催化活性的分子机制和感染后期通过gC1qR/PKCδ/HDAC6/自噬调控cGAS泛素化降解的分子机制,首次阐明PCV2感染细胞中cGAS磷酸化和泛素化这两种翻译后修饰之间在抑制cGAS-STING信号通路激活过程中的相互调控作用及协作机制。(2)PCV2通过其Cap与gC1qR相互作用在抑制I型干扰素的应答反应中的作用及机制。通过上述两方面结果阐明了PCV2在感染过程中抑制宿主I型干扰素产生与应答的分子机制,从天然免疫层面揭示PCV2感染造成其他DNA病毒易感的原因,进一步证实gC1qR是PCV2抑制抗病毒天然免疫的重要调节因子,为研究PCV2感染对宿主免疫调控作用和机制以及开发围绕gC1qR研发新的PCV2减毒疫苗提供科学依据和防控靶标。
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