北京大学蒋争凡团队发现STING后高尔基体囊泡转运的重要性及分子机制

cGAS-STING途径介导细胞质DNA触发的先天免疫。STING活化是由cGAMP诱导的内质网易位和硫酸盐糖胺聚糖诱导的高尔基聚合引起的。

2023年3月14日，北京大学蒋争凡团队在Immunity（IF=43）在线发表题为“ARMH3-mediated recruitment of PI4KB directs Golgi-to-endosome trafficking and activation of the antiviral effector STING”的研究论文，该研究表明ARMH3介导的PI4KB募集指导高尔基体到内体的运输和抗病毒效应物STING的激活。该研究检测了高尔基体以外的STING运输和激活机制。全基因组CRISPR-Cas9筛选发现Armadillo样螺旋结构域包含蛋白3 (ARMH3)对STING激活至关重要。

在cGAMP触发易位后，ARMH3与高尔基体上的STING相互作用，并募集磷脂酰肌醇4-激酶β (PI4KB)合成PI4P，通过PI4P结合蛋白AP-1和GGA2指导STING高尔基体到核内体的运输。通过其他PI4P结合蛋白的RNAi干扰PI4P依赖的脂质运输会损害STING的激活。同样，脂质组成紊乱抑制STING活化，而异常升高的细胞PI4P导致cGAS独立的STING活化。Armh3fl/fllLyzCre/Cre小鼠体内易受DNA病毒攻击。因此，ARMH3桥接STING和PIK4B，生成用于STING运输和激活的PI4P，这种相互作用在所有真核生物中都是保守的。

磷酸肌醇磷酸(PIPs)是真核细胞中几乎涉及细胞功能的所有方面的信号分子。磷脂酰肌醇4-磷酸(PI4P)是细胞中最丰富的PIP，广泛分布在不同的细胞膜上，在高尔基体成熟的最后阶段，它是必需的。PI4P不仅是PIPs信号的前体和细胞器的标记物，而且还是脂质转移反应的能量来源。在哺乳动物细胞中，PI4P水平受磷脂酰肌醇4激酶(PI4Ks) PI4KA、PI4KB、PI4K2A和PI4K2B6以及PI4P磷酸酶SAC1的分布和活性的调节；然而，PI4P也可以通过对PI(4,5)P2或PI(3,4)P2的去磷酸化产生，并通过对PI4P的磷酸化去除产生PIP2和PIP3。PI4P通过各种PI4P结合蛋白发挥重要作用，这些结合蛋白根据其结构和功能可分为不同的基团。

PI4激酶、PI4P磷酸酶和PI4P结合蛋白的合作在空间和时间上协调着各种细胞功能。细胞内脂质，特别是PI4P和胆固醇，被认为在cGAS-STING通路中发挥作用，研究表明脂代谢或转运相关蛋白的突变，如跨膜(TM)蛋白39A (TMEM39A)、SCAP或NPC1，导致个体脂质稳态紊乱，并随后发展各种自身免疫性疾病，其特征是细胞因子的过度生产，包括I型干扰素(IFNs)、在没有感染的情况下。然而，这些重要观察结果背后的分子机制仍未明确。

机理模式图（图源自Immunity ）

cGAS-STING途径检测来自病原体或受损细胞的细胞质DNA，并参与各种自身免疫相关疾病的病理。过量的细胞质DNA和/或Mn2+的存在激活cGAS产生第二信使cGAMP，结合并激活内质网(ER)膜AP STING。一旦被激活，STING被运送到高尔基体，在那里它与硫酸化糖胺聚糖(sGAGs)结合并聚合，随后募集并激活激酶TBK1和转录因子IRF3，导致细胞因子的产生。重要的是，由于蛋白质在ER和高尔基体之间的逆行和顺行运输是连续进行的，这也适用于STING, 任何损害STING高尔基体到核内体运输的缺陷都可能导致其逆行运输并使其激活无效。然而，STING在高尔基体外转运和激活的机制及其生物学意义尚不清楚。

该研究检测了调节后高尔基STING运输和激活的机制，并鉴定了Armadillo (ARM)样螺旋结构域包含蛋白3 (ARMH3)作为STING在体外和体内激活的关键成分。该研究发现PI4P稳态在限制自身免疫中起着关键作用，而STING作为一种检测脂质稳态失调的内在细胞传感器，在没有微生物感染或cGAS激活的情况下，这可能导致STING激活和先天免疫反应。

北京大学生科院博士后方润和蒋启飞为该文章的共同第一作者，2022级研究生贾新颖也为本研究做出贡献。生科院/北大-清华生命科学联合中心的蒋争凡教授为通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部国家重点基础研究项目、北京大学“细胞增殖与分化”教育部重点实验室及“北大-清华生命科学联合中心”的资助。

原文链接：

https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(23)00078-X

转自：“iNature”微信公众号

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