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I型干扰素通过干扰素刺激基因STING的正反馈调控

期刊:EMBO ReportsDOI:10.15252/embr.201439366

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是对该研究的学术报告:

主要作者及研究机构
本研究的主要作者包括Feng Ma、Bing Li、Yongxin Yu、Shankar S. Iyer、Mingyu Sun和Genhong Cheng。研究团队来自美国加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles, USA)的微生物学、免疫学和分子遗传学系,以及上海中医药大学(Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, China)。该研究于2015年1月8日在线发表在《EMBO Reports》期刊上。

学术背景
本研究属于免疫学和微生物学领域,特别是宿主与病原体相互作用的研究。STING(Stimulator of Interferon Genes,干扰素基因刺激因子)是细胞质DNA诱导的先天免疫反应的重要调节因子。尽管STING在DNA诱导的I型干扰素(IFN-I)激活中的作用已被广泛研究,但其自身的调控机制尚不清楚。本研究旨在揭示STING的转录调控机制,并探讨其在IFN-I正反馈调节中的作用。研究背景包括STING作为DNA传感器的功能、IFN-I的产生及其正反馈调节机制,以及STAT1(Signal Transducer and Activator of Transcription 1,信号转导和转录激活因子1)在IFN信号通路中的作用。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤:
1. STING作为干扰素刺激基因(ISG)的验证
- 研究对象:小鼠骨髓来源的巨噬细胞(BMMs)、人巨噬细胞和树突状细胞(DCs)。
- 实验方法:通过IFN-α处理细胞,检测STING mRNA和蛋白表达水平;使用PolyI:C和Poly(dA:dT)模拟病原体核酸,分析STING的诱导表达;通过CGAMP(cyclic GMP-AMP,环状GMP-AMP)处理,验证STING的剂量依赖性表达。
- 数据分析:通过qPCR和Western blot检测基因和蛋白表达水平。

  1. STAT1结合位点的鉴定与功能验证

    • 研究对象:小鼠STING基因启动子区域。
    • 实验方法:通过生物信息学分析预测STAT1结合位点;使用ChIP-seq和ChIP-qPCR验证STAT1在STING启动子区域的结合;构建荧光素酶报告基因载体,验证STAT1结合位点的功能。
    • 数据分析:通过荧光素酶活性检测STAT1结合位点的功能。
  2. IFNAR信号在CDNs触发IFN-I产生中的作用

    • 研究对象:野生型和IFNAR1缺陷型BMMs。
    • 实验方法:通过CGAMP、c-di-AMP和c-di-GMP处理细胞,检测IFN-I的转录和蛋白表达水平;通过IFN-α预处理,分析IFNAR信号对IFN-I产生的增强作用。
    • 数据分析:通过qPCR和ELISA检测IFN-I的表达水平。
  3. IRF7在STING诱导中的作用

    • 研究对象:野生型、IRF3缺陷型和IRF7缺陷型J2-BMMs。
    • 实验方法:通过CGAMP处理细胞,检测IFN-I和STING的表达水平。
    • 数据分析:通过qPCR和ELISA检测基因和蛋白表达水平。
  4. STING过表达对IFN-I产生的影响

    • 研究对象:野生型和IFNAR1缺陷型J2-BMMs。
    • 实验方法:通过慢病毒载体过表达STING,检测CGAMP触发的IFN-I产生。
    • 数据分析:通过qPCR和ELISA检测IFN-I的表达水平。

主要结果
1. STING作为ISG的验证
- IFN-α显著诱导STING mRNA和蛋白表达,表明STING是ISG。
- PolyI:C和Poly(dA:dT)通过IFN-I依赖的途径诱导STING表达。
- CGAMP以剂量依赖的方式诱导STING表达,且依赖于IFNAR信号。

  1. STAT1结合位点的鉴定与功能验证

    • 在STING启动子区域鉴定到两个STAT1结合位点,其中STAT1#1位点是主要的功能位点。
    • ChIP-seq和ChIP-qPCR证实STAT1在STING启动子区域的结合。
    • 荧光素酶报告基因实验验证了STAT1#1位点在STING转录调控中的关键作用。
  2. IFNAR信号在CDNs触发IFN-I产生中的作用

    • CGAMP、c-di-AMP和c-di-GMP触发的IFN-I产生依赖于IFNAR信号。
    • IFN-α预处理显著增强CGAMP触发的IFN-I产生。
  3. IRF7在STING诱导中的作用

    • IRF7在CGAMP触发的IFN-I产生中起关键作用,特别是在晚期阶段。
    • IRF7缺陷型细胞中,STING的诱导在晚期阶段显著降低。
  4. STING过表达对IFN-I产生的影响

    • STING过表达消除了野生型和IFNAR1缺陷型细胞之间CGAMP触发的IFN-I产生差异。

结论
本研究揭示了STING作为ISG的转录调控机制,并证明了其在IFN-I正反馈调节中的重要作用。研究发现,STING的诱导依赖于STAT1结合位点,且IFNAR信号在CDNs触发的IFN-I产生中起关键作用。此外,IRF7在STING的晚期诱导中起重要作用。这些发现为理解STING在先天免疫反应中的调控机制提供了新的视角,并为开发基于STING的免疫治疗策略提供了理论基础。

研究亮点
1. 首次证明STING是ISG,并揭示了其转录调控机制。
2. 鉴定了STING启动子区域的STAT1结合位点,并验证了其功能。
3. 揭示了IFNAR信号和IRF7在STING诱导和IFN-I正反馈调节中的关键作用。
4. 通过STING过表达实验,证明了STING在IFN-I产生中的重要作用。

其他有价值的内容
本研究还探讨了LPS(脂多糖)对STING表达的双重调控作用,即通过TRIF依赖的途径诱导STING表达,而通过MyD88依赖的途径抑制STING表达。这一发现进一步丰富了STING的调控网络。

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