RNA结合蛋白hnRNPM和ELAVL1促进核酸传感器cGAS和RIG-I下游的I型干扰素诱导

RNA-binding proteins hnRNPM and ELAVL1 promote type-I interferon induction downstream of the nucleic acid sensors cGAS and RIG-I.

作者信息Alexander Kirchhoff, Anna-Maria Herzner, Christian Urban, Antonio Piras, Robert Düster, Julia Mahlberg, Agathe Grünewald, Thais M Schlee-Guimarães, Katrin Ciupka, Petro Leka, Robert J Bootz, Christina Wallerath, Charlotte Hunkler, Ann Kristin de Regt, Beate M Kümmerer, Maria Hønholt Christensen, Florian I Schmidt, Min Ae Lee-Kirsch, Claudia Günther, Hiroki Kato, Eva Bartok, Gunther Hartmann, Matthias Geyer, Andreas Pichlmair, Martin Schlee
PMID39707025
期刊EMBO J
发布时间2025-02
DOI10.1038/s44318-024-00331-x

实验完整度

包含体外细胞系(THP-1、HEK293FT)和原代成纤维细胞模型,结合AP-MS、RNAi筛选、CRISPR-Cas9敲除、功能验证及患者样本验证,明确了机制通路。

主要模型

THP-1细胞系 HEK293FT细胞系 原代人成纤维细胞(患者与健康供体)

重点核对

THP-1细胞中hnRNPM和ELAVL1表达水平 cGAS和RIG-I刺激条件(如5'ppp-dsRNA、pDNA、G3-YSD浓度) IRF3磷酸化水平检测 ISRE和NF-κB报告基因激活 ELAVL1抑制剂MS-444的作用浓度(20μM)

摘要

胞质核酸传感器RIG-I和cGAS分别诱导针对RNA和DNA病毒的I型干扰素(IFN)介导的免疫反应。迄今为止,在IKK样激酶激活上游,两个胞质通路之间尚未发现有连接。在这里,我们鉴定异质性核糖核蛋白M(hnRNPM)作为cGAS和RIG-I下游IRF3磷酸化和I型IFN诱导的正调控因子。结合相互作用组分析和基因组编辑,我们进一步发现RNA结合蛋白ELAV样蛋白1(ELAVL1;也称为人抗原R,HuR)是hnRNPM的相互作用伙伴。hnRNPM或ELAVL1的缺失损害了单纯疱疹病毒1或仙台病毒诱导的I型IFN诱导。此外,我们表明hnRNPM和ELAVL1与TANK结合激酶1、IκB激酶ε、IκB激酶β和NF-κB p65相互作用。我们的共聚焦显微镜实验证明了hnRNPM、ELAVL1和TBK1之间的胞质和核周相互作用。此外,ELAVL1的药理学抑制强烈减少了I型干扰素病患者成纤维细胞中细胞因子的释放。RNA结合蛋白hnRNPM和ELAVL1是首个桥接cGAS/STING和RIG-I/MAVS通路的非冗余调节因子。总的来说,我们的研究将hnRNPM-ELAVL1复合物表征为一个促进抗病毒防御的新型系统,指出一个减少I型干扰素病患者自身炎症的潜在治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
hnRNPM和ELAVL1是否以及如何在cGAS和RIG-I下游调控I型干扰素诱导?
核心机制
hnRNPM和ELAVL1形成复合物,与TBK1、IKKε、IKKβ和NF-κB p65相互作用,促进IRF3磷酸化,从而桥接cGAS/STING和RIG-I/MAVS通路。
主要证据
通过AP-MS和RNAi筛选鉴定ELAVL1,CRISPR-Cas9敲除和shRNA敲低实验证明hnRNPM和ELAVL1缺失降低RIG-I和cGAS刺激下的ISRE报告基因激活和IRF3磷酸化,共免疫沉淀和PLA验证复合物形成,患者细胞实验显示MS-444抑制细胞因子分泌。
研究意义
研究揭示了hnRNPM-ELAVL1复合物作为抗病毒防御的新系统,并为I型干扰素病提供潜在治疗靶点(如MS-444)。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

hnRNPM功能验证

评估hnRNPM是否影响cGAS和RIG-I介导的I型干扰素诱导

在THP-1细胞中敲低hnRNPM,检测ISRE报告基因激活和IRF3磷酸化

2

hnRNPM相互作用组分析

鉴定hnRNPM的相互作用蛋白,寻找潜在功能伙伴

在THP-1细胞中表达hnRNPM-GFP,通过AP-MS鉴定相互作用蛋白,并进行RNAi筛选

3

ELAVL1功能验证

验证ELAVL1在cGAS和RIG-I信号通路中的作用

敲低或敲除ELAVL1,检测ISRE和NF-κB报告基因激活、IFN和趋化因子表达、IRF3磷酸化。在ELAVL1敲除细胞中回补ELAVL1-FLAG进行挽救实验。

4

蛋白复合物验证

验证hnRNPM和ELAVL1与TBK1等信号分子的直接相互作用

通过共免疫沉淀和PLA检测hnRNPM/ELAVL1与TBK1、IKKε、IKKβ、NF-κB p65的相互作用

5

药物抑制实验

评估ELAVL1抑制剂MS-444对cGAS和RIG-I信号及患者细胞炎症的影响

用MS-444处理THP-1细胞和患者成纤维细胞,检测ISRE报告基因和CXCL10/TNFα分泌

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基----
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素----
链霉素----
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668019
Alt-R S.p. Cas9核酸酶V3Integrated DNA Technologies1081058
Neon转染系统10μL试剂盒InvitrogenMPK1096
人CXCL10 ELISA试剂盒BD Biosciences550926
人TNFα ELISA试剂盒BD Biosciences--
人IL-6 ELISA试剂盒BD Biosciences--
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23227
GFP-Trap磁珠Chromotekgtma-100
Anti-FLAG M2磁珠Sigma-AldrichM8823
核糖核酸酶AThermo Fisher ScientificEN0531
5'三磷酸双链RNA本研究制备--
G3-YSD(Y型DNA)本研究制备--
质粒DNA(pBluescript)----
2'3'-环鸟苷酸-腺苷酸InvivoGentlrl-nacga23-1
Pam3CSK4InvivoGentlrl-pms
TL8-506InvivoGentlrl-tl8506
干扰素α(IFN-α2a)Miltenyi Biotec130-093-874
MS-444MedChemExpressHY-100685
噻唑蓝四唑溴化物(MTT)Sigma-AldrichM2128
cOmplete Mini EDTA-free蛋白酶抑制剂混合物Roche4693159001
PhosSTOP磷酸酶抑制剂混合物Roche04906837001
RLT缓冲液Qiagen79216
RW1缓冲液Qiagen1053394
RNA洗涤缓冲液Zymo ResearchR1003-3-24
ReadyMade随机六聚体Integrated DNA Technologies51-01-18-26
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒Thermo Fisher ScientificK1621
my-Budget 5x EvaGreen qPCR混合液II(ROX)ROX80-5801000
QuantSeq 3' mRNA-seq文库制备试剂盒FWDLexogen015.24
Hoechst 33342InvitrogenH3570
Triton X-100Carl Roth3051.4
Duolink原位红色检测试剂盒(小鼠/兔)Sigma-AldrichDUO92101
抗β-肌动蛋白抗体Li-COR Biosciences926-42212
抗β-微管蛋白抗体Cell Signaling Technology9F3
抗cGAS抗体Cell Signaling TechnologyD1D3G
抗ELAVL1抗体Cell Signaling TechnologyD9W7E
抗FLAG抗体Sigma-AldrichF1804
抗GFP抗体Cell Signaling Technology4B10
抗hnRNPM抗体Santa Cruz1D8
抗hnRNPM M1-M4抗体Abcamab177957
抗IκBα抗体Cell Signaling TechnologyL35A5
抗IGF2BP2抗体Abcamab124930
抗IKKα抗体Cell Signaling Technology3G12
抗IKKβ抗体Cell Signaling TechnologyD30C6
抗IKKε抗体Cell Signaling Technology2905
抗IRF3抗体Cell Signaling TechnologyD6I4C
抗MAVS抗体Cell Signaling Technology3993
抗NF-κB p65抗体Cell Signaling TechnologyD14E12
抗磷酸化IRF3 (Ser396)抗体Cell Signaling Technology4D4G
抗磷酸化NF-κB p65 (Ser536)抗体Cell Signaling Technology93H1
抗磷酸化STAT1 (Tyr701)抗体Cell Signaling TechnologyD4A7
抗磷酸化STING (Ser366)抗体Cell Signaling TechnologyE9A9K
抗磷酸化TBK1 (Ser172)抗体Cell Signaling TechnologyD52C2
抗RIG-I抗体Cell Signaling TechnologyD14G6
抗STAT1抗体Cell Signaling Technology9172
抗STING抗体Cell Signaling TechnologyD2P2F
抗TBK1抗体Cell Signaling TechnologyD1B4
Q-Exactive HF质谱仪Thermo Fisher Scientific--
EASY-nLC 1200系统Thermo Fisher Scientific--
Axio Vert.A1荧光显微镜Zeiss--
Leica SP8共聚焦显微镜Leica--
HiSeq 1500测序仪Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养和刺激
细胞系(THP-1、HEK293FT、原代成纤维细胞)、刺激条件(5'ppp-dsRNA 0.1μg/ml, pDNA 0.1-1μg/ml, G3-YSD 0.5μg/ml, 2'3'-cGAMP 10μg/ml, Pam3CSK4 0.5μg/ml, IFNα 1000或5000U/ml)、转染试剂Lipofectamine 2000用量(0.5μl/孔)
阅读提示:Methods: Cell culture, Cell stimulation
基因敲除/敲低
ELAVL1敲除克隆(#1-#3)、RIG-I KO(#1-2)、MAVS KO(#1-2)、cGAS KO(商业)、hnRNPM敲低使用shRNA(shhnRNPM.1, shhnRNPM.2)、ELAVL1敲低使用shRNA(shELAVL1.1, shELAVL1.2)
阅读提示:Methods: CRISPR-Cas9-mediated KO cell line generation, Lentiviral expression
信号通路检测
ISRE报告基因激活检测时间(20h)、NF-κB报告基因激活检测时间(20h)、pIRF3-Ser396检测时间(3h)、IFNB1/CXCL10/IFIT1 mRNA检测时间(6h)
阅读提示:Figure legends 1D, 4B-4I
蛋白相互作用
共免疫沉淀使用GFP-Trap磁珠(12.5μl)或FLAG M2磁珠,RNase A处理浓度(100μg/ml)和时间(1.5h),PLA分析细胞类型(PMA分化THP-1)和抗体稀释
阅读提示:Methods: Co-immunoprecipitation, PLA
药物处理
MS-444浓度(2-20μM,通常20μM)、预处理时间(2h或16h)、DMSO对照
阅读提示:Figure 6A-G, Methods: Cell stimulation