RNA病毒诱导的OTUD1通过促进MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物的降解有效抑制先天免疫反应

Induction of OTUD1 by RNA viruses potently inhibits innate immune responses by promoting degradation of the MAVS/TRAF3/TRAF6 signalosome.

作者信息Liting Zhang, Jin Liu, Liping Qian, Qian Feng, Xiaofang Wang, Yukang Yuan, Yibo Zuo, Qiao Cheng, Ying Miao, Tingting Guo, Xiaofeng Zheng, Hui Zheng
PMID29734366
发布时间2018-05-07
DOI10.1371/journal.ppat.1007067

实验完整度

包括体外细胞实验(HEK293T、MEFs等)、体内小鼠模型(Otud1-/-小鼠)、免疫共沉淀、泛素化分析、荧光共聚焦、ELISA、TCID50等,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

HEK293T细胞 Otud1+/+和Otud1-/-小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs) Otud1-/-小鼠(VSV感染模型) 小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)

重点核对

OTUD1基因敲除小鼠(Otud1-/-)的构建和基因型鉴定 RNA病毒(SeV、VSV、H1N1)和DNA病毒(HSV)感染细胞或小鼠的剂量和途径 OTUD1过表达或敲低对MAVS/TRAF3/TRAF6蛋白水平的影响 Smurf1敲低对OTUD1介导的MAVS/TRAF3/TRAF6降解和IFNβ产生的影响 OTUD1去泛素化酶活性(C320A-H431Q突变体)对功能的影响

摘要

在RNA病毒感染期间,接头蛋白MAVS招募TRAF3和TRAF6形成信号复合物,这对于诱导I型干扰素(IFNs)和促炎细胞因子的产生至关重要。虽然MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物的激活已被充分研究,但该信号复合物的负调控仍 largely unknown。在此,我们报道RNA病毒在病毒感染早期通过NF-κB依赖性机制特异性促进去泛素化酶OTUD1的表达。此外,OTUD1通过去除Smurf1的泛素化来上调细胞内Smurf1的蛋白水平。重要的是,RNA病毒感染促进Smurf1与MAVS、TRAF3和TRAF6的结合,导致MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物各组分的泛素化依赖性降解,并随后有效抑制IFNs的产生。一致地,OTUD1缺陷小鼠产生更多的抗病毒细胞因子,并对RNA病毒感染更具抵抗力。我们的发现揭示了RNA病毒利用的一种新的免疫逃逸机制,并阐明了RNA病毒感染期间由OTUD1-Smurf1轴介导的MAVS/TRAF3/TRAF6信号的负反馈环路。

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
RNA病毒如何通过负调控MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物来抑制先天免疫反应?
核心机制
RNA病毒感染通过NF-κB信号通路上调OTUD1表达,OTUD1去泛素化Smurf1并稳定其蛋白水平,Smurf1随后与MAVS/TRAF3/TRAF6结合,促进它们的泛素化依赖性降解,从而抑制I型干扰素和促炎因子的产生。
主要证据
在Otud1-/-细胞和小鼠中,RNA病毒诱导的IFNβ和促炎因子产生增强,病毒复制减少,生存率提高;OTUD1过表达促进MAVS/TRAF3/TRAF6的泛素化和降解,而Smurf1敲低或OTUD1去泛素化酶活性突变体阻断这些效应。
研究意义
揭示了RNA病毒利用OTUD1-Smurf1轴负调控MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物的新型免疫逃逸机制,可能为病毒感染相关疾病提供潜在治疗靶点。

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

OTUD1对RNA病毒诱导的IFNβ和炎症因子产生的调控

验证OTUD1是否参与RNA病毒诱导的先天免疫反应调控

在HEK293T细胞中敲低或过表达OTUD1,检测SeV感染后IFNβ mRNA水平;在Otud1+/+和Otud1-/- MEFs中感染RNA病毒(SeV、VSV、H1N1)和DNA病毒(HSV),检测IFNβ、ISGs(IFIT1、ISG15、ISG54)、TNFα和IL-6的mRNA水平;使用ISD和cGAMP刺激检测DNA-STING信号通路的影响。

2

OTUD1缺陷对小鼠抵抗RNA病毒感染的体内验证

验证OTUD1在体内对RNA病毒感染的抗病毒反应中的作用

用VSV腹腔注射或鼻腔感染Otud1+/+和Otud1-/-小鼠,检测肺、肝、脾等器官中IFNβ、IL-6和VSV mRNA表达,病毒载量,存活率,以及免疫组化检测VSVG蛋白。

3

OTUD1对MAVS、TRAF3和TRAF6蛋白水平及泛素化的调控

验证OTUD1是否通过影响MAVS/TRAF3/TRAF6的蛋白稳定性和泛素化来发挥作用

在HEK293T细胞中梯度过表达OTUD1,检测内源MAVS、TRAF3、TRAF6、IRF3、TBK1和RIG-I蛋白水平;在Otud1+/+和Otud1-/- MEFs中检测这些蛋白水平;免疫沉淀内源MAVS/TRAF3/TRAF6检测泛素化水平;用MG132处理检测蛋白酶体依赖性降解。

4

鉴定Smurf1介导OTUD1对MAVS/TRAF3/TRAF6的降解

验证Smurf1是否参与OTUD1介导的MAVS/TRAF3/TRAF6降解和干扰素抗病毒反应的抑制

在HEK293T细胞中敲低Smurf1,检测OTUD1对MAVS/TRAF3/TRAF6蛋白水平及泛素化的影响;检测OTUD1对SeV诱导的IFNβ产生的影响在Smurf1敲低条件下的变化;使用OTUD1去泛素化酶活性突变体(CH)检测其功能。

5

OTUD1对Smurf1泛素化和蛋白水平的调控

验证OTUD1是否通过去泛素化调节Smurf1的稳定性

检测OTUD1与Smurf1的相互作用;过表达OTUD1对Smurf1蛋白水平和泛素化的影响;使用泛素突变体(K48-only、K63-only)和K48特异性抗体分析泛素化类型;比较Otud1+/+和Otud1-/- MEFs中Smurf1蛋白和泛素化水平。

6

RNA病毒感染诱导NF-κB依赖性OTUD1表达及Smurf1上调

验证RNA病毒感染是否通过NF-κB信号通路上调OTUD1表达,并进而上调Smurf1蛋白水平

检测VSV或SeV感染HT1080、2fTGH等细胞中OTUD1 mRNA和蛋白表达时间过程;使用Vero(IFN缺陷)和U3A(STAT1缺陷)细胞验证NF-κB作用;用NF-κB抑制剂PDTC处理细胞检测OTUD1 mRNA;检测Smurf1 mRNA和蛋白质水平的变化在野生型和Otud1-/- MEFs中。

7

RNA病毒感染促进OTUD1与Smurf1相互作用及Smurf1与MAVS/TRAF3/TRAF6的结合

验证病毒感染是否促进OTUD1与Smurf1相互作用以及Smurf1向MAVS/TRAF3/TRAF6信号复合物的募集

在2fTGH细胞中用SeV感染,免疫沉淀内源OTUD1检测Smurf1相互作用;免疫荧光共聚焦检测OTUD1和Smurf1共定位;在BMDMs和2fTGH细胞中检测Smurf1与MAVS/TRAF3/TRAF6的内源结合;用MitoTracker染色观察Smurf1线粒体定位。

8

OTUD1-Smurf1轴在病毒感染期间调控MAVS/TRAF3/TRAF6水平和IFNβ产生的验证

验证在病毒感染期间OTUD1-Smurf1轴对MAVS/TRAF3/TRAF6蛋白水平和IFNβ mRNA的调控

检测SeV感染HepG2、HeLa、BMDMs中MAVS/TRAF3/TRAF6蛋白和mRNA的时间过程;在HeLa细胞中敲低Smurf1检测其对SeV诱导的MAVS/TRAF3/TRAF6下调的影响;比较Otud1+/+和Otud1-/- BMDMs中VSV感染后的蛋白变化;检测Otud1-/- MEFs中IFNβ mRNA随时间的变化。

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
DMEM培养基HyClone--
胎牛血清GIBCO, Life Technologies--
青霉素----
链霉素----
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000-015
LongTrans转染试剂UCallMTF/07
聚乙烯亚胺----
MG132SigmaC2211
PDTC(NF-κB抑制剂)----
cGAMPInvivoGentlrl-nacga23
Poly(I:C)InvivoGentlrl-picr
脂多糖SigmaL2630
MitoTracker Red CMXRos线粒体染料Yeasen40741ES50
DAPI----
OTUD1抗体Abcamab122481
Smurf1抗体Santa Cruzsc-100616
488山羊抗小鼠IgGAlexa FluorA11001
594山羊抗兔IgGAlexa FluorA11012
IRF3抗体Santa Cruzsc-9082
p-IRF3抗体Cell Signaling4947S
OTUD1抗体Abcamab182511
Flag抗体SigmaF7425
β-actin抗体Proteintech66009-1-Ig
Myc抗体Abmartm2002
MAVS抗体Santa Cruzsc-166583
TRAF3抗体Cell Signaling4729S
TRAF6抗体Abcamab94720
TBK1抗体Cell Signaling3013S
RIG-I抗体Cell Signaling4200S
Smurf2抗体Santa Cruzsc-25511
泛素抗体Santa Cruzsc-8017
HA抗体Abcamab9110
K48-泛素抗体Cell Signaling4289S
VSVG抗体Santa Cruzsc-66180
Trizol试剂Invitrogen--
逆转录试剂盒ThermoK1622
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
IFNβ ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0033C
石蜡----
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子----
QuickChange定点突变试剂盒Stratagene--
RPMI培养基----
PRIM培养基----
ImageJ软件----

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
小鼠模型
Otud1-/-小鼠的构建,背景为C57BL/6,6-8周龄;VSV感染剂量和途径:腹腔注射2x10^8 pfu/只,或鼻腔感染2x10^7 pfu/只;样本量(每组n=4-12不等)。
阅读提示:见Materials and methods中'Mice'和'VSV infection in vivo'部分
细胞实验
细胞类型:HEK293T、HeLa、HT1080、2fTGH、HepG2、Vero、U3A、MEFs、BMDMs;病毒感染MOI=3(VSV、SeV、HSV),感染时间(通常1.5小时吸附后换液);RNA病毒感染后检测时间点(如10小时)
阅读提示:见Materials and methods中'Cell culture'和'Viral infection in vitro'部分
OTUD1/Smurf1功能验证
OTUD1敲低或过表达;Smurf1敲低;OTUD1去泛素化酶活性突变体(C320A-H431Q)的使用;MG132使用浓度(20 μM)和处理时间(4小时)
阅读提示:见Results部分及Figure legends
泛素化分析
泛素化检测方法(内源免疫沉淀或外源共转染);泛素突变体(K48-only、K63-only)的使用;K48-Ub抗体检测
阅读提示:见Results部分及Figure legends
分子检测
q-PCR引物序列;q-PCR内参基因(β-actin);IFNβ启动子报告基因(P125-Luc)和ISRE-Luc的检测;蛋白检测抗体信息及稀释比例
阅读提示:见Materials and methods中'Q-PCR assay'、'Assay of luciferase activity'和'Immunoprecipitation and immunoblotting'部分