Nature | 刘映/徐弸彪等揭示STING信号终止的机制

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关键词： Nature揭示Nat

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-10-20

责编 | 兮

细胞内的cGAS-STING信号通路由DNA感受器cGAS （Cyclic GMP-AMP synthase）和其下游效应蛋白STING （Stimulator of interferon genes）组成，在细胞抵抗外界病原体入侵和肿瘤发生过程中发挥重要功能 【1-3】 。通常情况下，cGAS结合双链DNA催化细胞内的GTP和ATP转化成的第二信使2’3’-cyclic-GMP-AMP (cGAMP) ，并激活内质网上的STING，引起STING蛋白构象改变，并向高尔基体转运，进而招募并磷酸化TBK1和IRF3蛋白诱导I型干扰素和促炎型细胞因子的分泌 【4,5】 。同时激活的磷酸化STING也被运输到溶酶体被降解从而终止干扰素刺激基因（ISG）激活信号而维持细胞内的稳态 【6】 。

近期越来越多的研究发现STING的过渡激活会导致自身免疫疾病和癌症的发生 【7,8】 ，也提示我们STING信号通路的调控的精确性对于保持人体稳态十分重要——特别是STING被降解这一负反馈通路。

为了揭示STING的降解途径的调控蛋白，2022年10月19日，瑞士洛桑联邦理工大学Andrea Ablasser团队（刘映Ying Liu, 徐弸彪Pengbiao Xu和Sophie Rivara为共同一作）在Nature 杂志上发表了题为 Clathrin-associated AP-1 controls termination of STING signalling 的文章， 揭示了STING信号终止的机制。

在该文中，研究人员使用高分辨显微镜记录了STING在激活后经由内质网，高尔基体，到溶酶体这一转运过程，并发现STING从高尔基体到溶酶体这一转运过程是由一类叫做 CCV （clathrin-coated vesicle）的囊泡介导的。研究人员使用超分辨显微镜和CLEM （correlative light-electronmicroscopy）技术发现磷酸化STING存在于STING激活剂处理细胞的CCV中。AP-1属于AP蛋白家族，包含四个亚基（β，γ，σ，μ） 【9-10】 。在转运过程中，CCV上的 AP-1 （Adaptor protein complex-1）蛋白复合物负责结合、运输高尔基膜上包括STING在内的蛋白。当研究人员敲除了细胞中的AP-1后，发现STING蛋白由于无法被转移到CCV中而更多地聚集在了高尔基体上，从而导致STING信号下游的ISGs (interferon-stimulated genes) 大量表达。

接着，研究人员通过序列分析，发现STING蛋白的C端存在着一个高度保守的、被AP-1识别的序列：[D/E]xxxL[L/I]。当把人源STING的364位的亮氨酸（L）和365位的异亮氨酸(I)突变为丙氨酸(A)时——尽管使用STING的激活剂处理，STING仍旧无法结合AP-1。进一步研究发现STING LI突变体较野生型STING对于AP-1的亲和力更弱，STING LI无法被包裹到CCV中，并且在激活后STING LI的降解程度比较野生型STING 更低。这些现象表明LI是AP-1识别STING的位点，并对STING的降解至关重要。

同时[D/E]xxxL[L/I]序列临近被TBK1磷酸化的位点（366位丝氨酸（S）） 【5】 ，而STING的降解依赖于TBK1的活化，不能招募TBK1的STING突变体也无法识别AP-1，研究人员猜测STING的磷酸化对于AP-1和STING的识别极为重要。通过细胞内的免疫共沉淀 (co-IP) 和体外的亲和实验（BLI），研究人员发现磷酸化的STING可增强STING和AP-1的相互作用，为AP-1和STING的结合提供额外的支持。

为了更为直观地揭示STING和AP-1的相互作用，研究人员使用冷冻电镜解析了AP-1和磷酸化的STING C端复合物的结构。结构显示AP-1γ亚基的I103、V98、F67、V88和H85形成疏水口袋，主导了其与STING C端尾巴的结合，而K60和R61与磷酸化STING S366位的静电相互作用起到了辅助增强效果。

综上， 该研究详细揭示了STING信号的负反馈调控——激活的STING被转运到高尔基体上后，结合TBK1并导致STING C端的磷酸化。 磷酸化的STING促使IRF3的激活和入核激活下游干扰素信号通路，同时AP-1识别磷酸化的STING并起始STING的高尔基体-溶酶体的降解途径以维持细胞内的稳态。 该研究补充了领域内对于STING的转运和信号传导的理解的空白，也为研究治疗STING相关自身免疫疾病提供了新的思路。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05354-0

制版人：十一

参考文献

1. Ishikawa, H. & Barber, G. N. STING is an endoplasmic reticulum adaptor that facilitates innate immune signalling. Nature 455, 674–678 (2008).

2. Burdette, D. L. et al. STING is a direct innate immune sensor of cyclic di-GMP. Nature 478, 515–518 (2011).

3. Chin, E. N. et al. Antitumor activity of a systemic STING-activating non-nucleotide cGAMP mimetic. Science 369, 993–999 (2020).

4. Ablasser, A. et al. cGAS produces a 2'-5'-linked cyclic dinucleotide second messenger that activates STING. Nature 498, 380–384 (2013).

5. Liu, S. et al. Phosphorylation of innate immune adaptor proteins MAVS, STING, and TRIF induces IRF3 activation. Science 347, aaa2630 (2015).

6. Decout, A., Katz, J. D., Venkatraman, S. & Ablasser, A. The cGAS–STING pathway as a therapeutic target in inflammatory diseases. Nat. Rev. Immunol. 21, 548–569 (2021).

7. Liu, Y. et al. Activated STING in a vascular and pulmonary syndrome. N. Engl. J. Med. 371, 507–518 (2014).

8. Chu, T.-T. et al. Tonic prime-boost of STING signalling mediates Niemann–Pick disease type C. Nature 596, 570–575 (2021).

9. Heldwein, E. E. et al. Crystal structure of the clathrin adaptor protein 1 core. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 14108–14113 (2004).

10. Ren, X., Farías, G. G., Canagarajah, B. J., Bonifacino, J. S. & Hurley, J. H. Structural basis for recruitment and activation of the AP-1 clathrin adaptor complex by Arf1. Cell 152, 755–767 (2013).

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