甲型流感病毒感染通过切割CYLD并阻断TAK1和RIG-I去泛素化激活caspase-8以增强先天抗病毒免疫

Influenza A virus infection activates caspase-8 to enhance innate antiviral immunity by cleaving CYLD and blocking TAK1 and RIG-I deubiquitination.

作者信息Huidi Yu, Yuling Sun, Jingting Zhang, Wenhui Zhang, Wei Liu, Penggang Liu, Kaituo Liu, Jing Sun, Hailiang Liang, Pinghu Zhang, Xiaoquan Wang, Xiufan Liu, Xiulong Xu
PMID39158695
发布时间2024-08-19
DOI10.1007/s00018-024-05392-z

实验完整度

体外细胞实验包括人A549、NL20细胞系及原代肺泡上皮细胞,采用抑制剂、基因敲除、过表达和泛素化检测等功能验证,但无动物实验,机制验证完整。

主要模型

A549细胞(人肺腺癌细胞系) NL20细胞(人非癌性支气管上皮细胞系) 原代人肺泡上皮细胞

重点核对

IAV毒株(H5N1: SY, CK10; H5N6: Y6; H1N1: PR8)感染A549和NL20细胞,MOI和感染时间 Z-VAD和Z-IETD抑制caspase-8后的信号蛋白磷酸化变化 caspase-8、caspase-3、CYLD基因敲除对信号通路的影响 RIG-I和TAK1的K63泛素化水平 IFN-β产生和病毒滴度

摘要

Caspase-8,一种天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶,主要作为起始caspase诱导细胞凋亡,部分通过切割RIPK1和IRF3下调先天免疫。然而,caspase-8突变或缺陷的患者会出现免疫缺陷并易受病毒感染。这一争议的分子机制尚不清楚。caspase-8是否增强或抑制针对甲型流感病毒(IAV)感染的抗病毒反应仍有待确定。在此,我们报道caspase-8在感染H5N1、H5N6和H1N1亚型IAV的A549和NL20细胞中被轻易激活。令人惊讶的是,caspase-8缺陷和两种caspase-8抑制剂Z-VAD和Z-IETD并不增强而是下调先天抗病毒免疫,表现为TBK1、IRF3、IκBα和p65磷酸化降低,IL-6、IFN-β、MX1和ISG15基因表达降低,IFN-β产生减少但病毒复制增加。机制上,caspase-8切割并失活CYLD,一种作为去泛素化酶的肿瘤抑制因子。抑制caspase-8抑制CYLD切割、RIG-I和TAK1泛素化以及先天免疫信号传导。相反,CYLD缺陷增强IAV诱导的RIG-I和TAK1泛素化及先天抗病毒免疫。caspase-3缺陷或其抑制剂Z-DEVD治疗均不影响CYLD切割或先天抗病毒免疫。我们的研究提供证据表明,在两种人气道上皮细胞系中,caspase-8激活并非沉默而是通过失活CYLD增强先天免疫。

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
caspase-8在IAV感染的人呼吸道上皮细胞中是增强还是抑制先天抗病毒免疫?其机制是什么?
核心机制
caspase-8切割并失活去泛素化酶CYLD,防止RIG-I和TAK1的K63去泛素化,从而增强TBK1-IRF3和TAK1-NF-κB信号通路的激活,促进IFN和ISG表达。
主要证据
在A549和NL20细胞中,IAV感染激活caspase-8并切割CYLD;caspase-8抑制或缺陷降低了TBK1、IRF3、p65磷酸化及IFN相关基因表达,而CYLD缺陷增强这些信号;免疫共沉淀显示caspase-8抑制减少RIG-I和TAK1泛素化,CYLD缺陷增加泛素化。
研究意义
研究揭示了caspase-8在先天抗病毒免疫中的正向调控作用,提示其在人呼吸道上皮细胞中通过失活CYLD增强抗病毒应答,为理解caspase-8功能提供了新见解。

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

验证IAV感染诱导caspase-8和CYLD切割

检测IAV感染是否激活caspase-8并切割CYLD。

用不同MOI的H5N1、H5N6和H1N1病毒感染A549和NL20细胞,通过Western blot检测caspase-8和CYLD的切割片段。

2

抑制caspase活性对NF-κB通路的影响

验证caspase抑制是否影响IAV诱导的NF-κB通路激活。

使用pancaspase抑制剂Z-VAD处理IAV感染的A549和NL20细胞,检测TAK1、IκBα、p65磷酸化及p65核转位和NF-κB荧光素酶报告基因活性。

3

抑制caspase活性对TBK1-IRF3通路的影响

验证caspase抑制是否影响IAV诱导的TBK1-IRF3通路激活。

用Z-VAD处理IAV感染的细胞,检测TBK1和IRF3磷酸化、IRF3核转位、IRF3和IFN-β报告基因活性及ISG表达。

4

验证caspase-8在先天免疫中的必要性

确定caspase-8是否是增强IAV诱导免疫应答所必需的。

使用caspase-8特异性抑制剂Z-IETD和caspase-8敲除的A549/NL20细胞,检测信号通路蛋白磷酸化、细胞因子表达、IFN-β产生和病毒复制。

5

排除caspase-3在先天免疫中的作用

检验caspase-3是否参与调节IAV诱导的先天免疫。

使用caspase-3抑制剂Z-DEVD和caspase-3敲除细胞,检测信号通路蛋白磷酸化、报告基因活性及细胞因子表达。

6

验证CYLD在先天免疫中的负调控作用

确定CYLD缺陷是否增强IAV诱导的先天免疫反应。

使用CYLD敲除A549和NL20细胞,检测信号通路蛋白磷酸化、p65和IRF3核转位、报告基因活性及IFN-β产生。

7

验证caspase-8通过抑制CYLD增强RIG-I和TAK1泛素化

证明caspase-8通过切割CYLD增强RIG-I和TAK1的K63泛素化。

在A549细胞中共转染HA-泛素和FLAG-RIG-I或FLAG-TAK1,进行免疫共沉淀检测泛素化水平,并比较caspase-8抑制、敲除或CYLD敲除的影响。

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。

验证样本或模型特征
验证机制链路
验证细胞功能变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
Z-VAD (OMe)-FMKMedChemExpress (MCE)HY-16658
Z-IETDMedChemExpress (MCE)HY-101297
Z-DEVDMedChemExpress (MCE)HY-12466
4,6-二脒基-2-苯基吲哚InvivoGen--
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
抗切割caspase-8抗体Cell Signaling Technology9496
抗CYLD抗体Cell Signaling Technology8462
抗磷酸化p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗p65抗体Cell Signaling Technology3308
抗磷酸化IκBα抗体Cell Signaling Technology9341s
抗IκBα抗体Cell Signaling Technology9242
抗磷酸化TBK1S172抗体Cell Signaling Technology5483
抗TBK1抗体Cell Signaling Technology3504
抗磷酸化IRF3S396抗体Cell Signaling Technology29047
抗IRF3抗体Cell Signaling Technology4302
抗RIG-I抗体Cell Signaling Technology3743
抗磷酸化TAK1S187抗体Cell Signaling Technology4536
抗TAK1抗体Cell Signaling Technology4505
抗JAK1抗体Cell Signaling Technology50996
抗Flag标签抗体TransGen BiotechHT201-01
抗HA标签抗体Cell Signaling Technology2367
Alexa Fluor 488偶联抗兔IgGJackson ImmunoResearch LaboratoriesAB_2338840
TRIzol试剂Sangon--
HiScript III RT SuperMix for qPCRVazyme--
ChamQ Universal SYBR qPCR预混液Vazyme--
TurboFect转染试剂Thermo Fisher Scientific--
IFN-β ELISA试剂盒Elabscience--
DMEM培养基----
F12培养基----
胎牛血清----
嘌呤霉素----
蛋白A/G琼脂糖珠Thermo Scientific53132
SuperSignal Western Pico增强化学发光底物Pierce Chemical Co.--

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
细胞培养与病毒感染
细胞系A549、NL20、MDCK等来源;培养基及补充物;病毒株(SY、CK10、Y6、PR8)及MOI;感染时间
阅读提示:见Materials and methods的Cell cultures and viruses部分
caspase抑制剂处理
Z-VAD、Z-IETD、Z-DEVD浓度(0-100 µM或80 µM)及处理时长;感染MOI和时间
阅读提示:见Results各图注及Materials and methods的Reagents部分
基因敲除细胞
CRISPR敲除靶序列;筛选条件(嘌呤霉素浓度1-2 µg/ml,14天);敲除验证
阅读提示:见Materials and methods的Gene knockout部分
信号通路检测
抗体特异性及稀释度;细胞裂解条件;磷酸化蛋白检测方法(膜剥离重探)
阅读提示:见Materials and methods的Western blot部分
泛素化检测
质粒转染(HA-Ub, FLAG-RIG-I, FLAG-TAK1);免疫沉淀条件;抗体(FLAG, HA)
阅读提示:见Materials and methods的Immunoprecipitation部分
免疫荧光
固定和透化条件;抗体浓度;成像显微镜;核阳性细胞计数方法
阅读提示:见Materials and methods的Immunofluorescence staining部分
细胞因子和病毒滴度测定
ELISA试剂盒;TCID50测定方法;病毒感染MOI和时间
阅读提示:见Materials and methods的ELISA部分和Cell cultures and viruses部分