背景
干扰素应答刺激因子环鸟苷酸-腺苷酸 (cGAMP)相互作用分子，又称STING或TMEM173，是一种进化保守的跨膜蛋白，在免疫和非免疫细胞中均有表达。STING1是一种内质网 (ER)相关蛋白，介导针对含有DNA或在其生命周期中产生DNA的病原体感染的免疫防御。CGAS (环鸟苷酸 [GMP]-AMP合酶)作为细胞溶质DNA传感器，产生第二信使cGAMP, cGAMP与细菌环二核苷酸 (CDNs)一起激活STING1，导致STING1寡聚化，并通过内质网-高尔基体间室 (ERGIC)转移到高尔基体。在高尔基体，STING1募集TBK1 (TANK结合激酶1)，TBK1激活IRF3 (干扰素调节因子3)介导的I型IFN (干扰素)反式激活，并刺激NF-kB (核因子kB)驱动的炎性细胞因子 (例如TNF [肿瘤坏死因子]和IL [白细胞介素]-6)的产生。越来越多的证据表明，STING1在不同的细胞器中具有非IFN依赖性的调节自噬和细胞死亡的功能。进一步了解STING1的亚细胞定位和功能可能对开发有效的免疫治疗策略具有重要意义。
简介
2023年11月15日，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的Ruoxi Zhang及其团队在Immunity (IF: 32.4)杂志上发表名为Nuclear localization of STING1 competes with canonical signaling to activate AHR for commensal and intestinal homeostasis的研究[1]。
研究亮点
1、核内STING1独立于已知的ARNT通路激活AHR。
2、在STING1-AHR和GAS-STING1通路之间存在竞争性相互作用。
3、STING1的CBD与AHR的N-末端结构域相互作用。
4、STING1在AHR介导的针对IBDin小鼠的保护中是必不可少的。
主要结果
核内STING1促进AHR活化
接下来，我们研究了STING1对AHR介导的基因转录的两个关键步骤所产生的影响，即(1)AHR的核易位和(2)AHR从AHR- hsp90复合体中释放的影响，从而评估了STING1调节AHR激活的机制 (图2A)。细胞分离分析结合免疫荧光分析发现，ITE诱导的AHR在THP1和MEF细胞中的核内聚集在1小时达到峰值；然而，STING1缺乏并不影响ITE诱导的AHR核易位 (图2B，2C)。IP (免疫沉淀)实验表明，去除STING1不影响ITE或L- KYN诱导的AHR-HSP90复合体的解离 (图2D)。这些数据排除了STING1是AHR核易位和其从分子伴侣释放所必需的可能性。
图2. STING1介导细胞核内AHR的激活
STING1核伙伴调节AHR的激活
已知的核内STING1结合配偶体包括转录激活因子和辅激活因子。与STING相互作用的AHR PAS结构域不仅参与了与ARNT的二聚化，而且有助于AHR作为转录因子的活性。根据STING1不影响AHR-ARNT相互作用这一发现，我们对STING1可能通过其他转录激活因子刺激AHR功能的可能性感兴趣。
通过核内IP结合定量质谱分析，我们确定了核内STING1在AHR配体缺失或存在的情况下，培养THP1细胞中的相互作用组。经过ITE和L-KYN处理后，共鉴定出365个候选蛋白与STING1相互作用。对这些候选蛋白的GO分析揭示了一系列受STING1影响的转录相关通路 (图5A)。在与基因转录调控相关的结合蛋白中，我们重点关注了3种潜在的转录共激活因子 (DHX9 [DExH-box解旋酶9]、RNF20 [环指蛋白20]和PML [PML核小体支架])，以及dna结合蛋白XRCC6 (X射线修复交叉互补6) (图5B)。在之前的研究中，DHX9和XRCC6被鉴定为STING1的结合伴侣。核IP实验证实，在AHR激活过程中，DHX9、RNF20、PML和XRCC6与STING1的相互作用增加。在THP1和HT-29细胞中，只有PML缺乏损害了ITE诱导的CYP1A1表达，而DHX9或XRCC6的缺失则反向促进了ITE诱导的CYP1A1表达 (图5C)。PML缺乏也抑制l - kyn诱导的CYP1A1表达。与此一致，在PML缺陷的HT-29露西亚细胞中，AHR配体诱导的转录活性降低 (图5D)。这些数据证实，PML促进AHR活化，而DHX9或XRCC6则抑制AHR活化。
图5. STING1介导的AHR激活需要PML
STING1是AHR介导的肠道微生物稳态恢复所必需的
干扰宿主-微生物群的相互作用可能是IBD发病机制的启动或增强因素。虽然细菌色氨酸代谢产物可以通过AHR通路保护IBD，但目前尚不清楚AHR激活是否改善IBD期间的肠道微生物群。因此，我们通过对粪便样本进行16S核糖体RNA序列分析，研究了AHR和STING1对微生物群的影响。在WT和Sting1Gt/Gt小鼠中，DSS处理降低了微生物群的α多样性分析，抑制了厚壁菌门 (Firmicutes)，诱导了变形菌门 (Proteobacteria) (图7A和7B)，这与IBD期间典型的微生物变化一致。然而，ITE只能逆转WT小鼠的这些变化，而不能逆转Sting1Gt/Gt小鼠的这些变化。进一步的分支树和热图分析表明，在WT和Sting1Gt/Gt小鼠中，DSS治疗抑制了共生细菌 (例如乳酸杆菌)，并诱导了病原体(例如螺杆菌) (图7C、7D、7E)。这些变化在很大程度上可以通过ITE处理WT而不是Sting1Gt/Gt宿主来避免。因此，STING1有助于AHR介导的微生物调节，特别是对乳酸杆菌和螺杆菌的调节。
图7. AHR配体通过STING1依赖的方式改善DSS诱导的微生物群失调
结论及展望
大量研究表明，STING1 (也称为STING)蛋白作为协调针对细胞质内异位DNA的免疫和自噬反应的信号枢纽具有重要意义。在这里，我们报告了STING1的核功能，它可以驱动转录因子芳香烃受体 (AHR)的激活，从而控制肠道菌群的组成和稳态。这一功能不依赖于DNA感应和自噬，并与胞质环鸟苷酸 (GMP)-AMP合酶 (CGAS)-STING1信号通路竞争性抑制。在结构上，STING1的环二核苷酸结合域与AHR n端结构域相互作用。蛋白质组学分析表明，STING1介导的AHR转录激活需要额外的核伴侣，包括正性和负性调节蛋白。虽然AHR配体可以挽救野生型小鼠的结肠炎病理和生态失调，但这种保护作用被STING1的突变失活所消除。这些发现为理解微生物群和免疫系统之间的核分子相互作用建立了一个关键框架。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1074761323004582?via%3Dihub
参考文献
1.Zhang Ruoxi,Yu Chunhua,Zeh Herbert J et al. Nuclear localization of STING1 competes with canonical signaling to activate AHR for commensal and intestinal homeostasis.[J] .Immunity, 2023, undefined: undefined.
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
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