一种参与干扰素样抗病毒信号传导的OASL同源蛋白,在太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)中通过与MDA5结合发挥作用

时间:2026年1月24日
来源:Fish & Shellfish Immunology

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本研究在太平洋牡蛎中鉴定了一个干扰素刺激基因(ISG)OASL同源物(CgOASL),其包含保守的OAS1_C结构域。CgOASL在牡蛎所有组织中均有表达,以闭壳肌最高。RNA干扰实验表明CgOASL受CgIFNLP及其受体CgIFNR-3调控,而体外实验显示重组CgOASL能特异性结合dsRNA并与CgMDA5相互作用,但不与CgRIG-I结合。转染CgOASL可显著诱导ISG表达。这些发现揭示了CgOASL通过dsRNA识别和CgMDA5信号转导发挥抗病毒免疫作用,为无脊椎动物OASL功能进化提供了新证据。

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曾宇晴|金宇浩|顾晓宇|顾一帆|王一清|陈梦佳|乔雪|王玲玲|宋林生
中国辽宁省大连海洋大学海洋动物免疫学与疾病控制重点实验室,大连116023

摘要

2',5'-寡腺苷酸合成酶(如OASL)是干扰素刺激基因(ISGs)的代表性成员,通过感知双链RNA(dsRNA)并协助RIG-I样受体(RLR)介导的抗病毒信号,在抵御病毒感染的自然免疫防御中发挥关键作用。在本研究中,我们在太平洋牡蛎Crassostrea gigas中鉴定出一种具有保守OAS1_C结构域的OASL同源物(命名为CgOASL)。在所有检测的组织中均广泛检测到CgOASL的mRNA转录本,其中在闭壳肌中的表达水平最高。在poly(I:C)和重组IFN样蛋白(rCgIFNLP)刺激后,CgOASL在血细胞中的mRNA表达水平显著上调。通过RNA干扰(RNAi)处理CgIFNLP及其受体CgIFNR-3后,与poly(I:C)刺激相比,CgOASL的mRNA表达水平显著下调。此外,重组CgOASL(rCgOASL)在体外表现出对dsRNA的强结合亲和力。当CgOASL与RIG-I样受体(CgRIG-I和CgMDA5)共转染时,共免疫沉淀(Co-IP)实验显示CgOASL仅与CgMDA5发生特异性相互作用,这与脊椎动物OASL蛋白的活性一致。这一相互作用通过拉下实验得到了进一步验证。此外,CgOASL的转染还显著诱导了HEK293T细胞中ISG的表达。综上所述,CgOASL是一种受CgIFNLP调控的ISG,能够识别dsRNA并与CgMDA5相互作用以发挥抗病毒作用。这些发现突显了其在牡蛎抗病毒自然免疫中的潜在作用,并为无脊椎动物中OASL蛋白的功能进化提供了新的见解。

引言

干扰素(IFNs)是自然免疫系统的重要组成部分,具有强大的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用[1]。哺乳动物IFNs通过与其相应受体结合并激活JAK/STAT信号通路来引发抗病毒反应[2]、[3]。这一信号级联反应最终导致干扰素刺激基因(ISGs)的表达,其产物可作为直接的抗病毒效应物或同时调节IFN信号通路和更广泛的宿主免疫反应[4]。已有大量研究鉴定出数百种ISGs,其中一些已被充分研究,例如2',5'-寡腺苷酸合成酶(OAS)、病毒抑制蛋白(VIPERIN)、黏病毒抵抗蛋白(MX)和蛋白激酶R(PKR)[5]、[6]、[7]、[8]。ISG产物具有多种抗病毒活性,但其中许多活性尚未得到完全阐明。
OAS是一种在核苷酸转移酶(NTase)超家族中进化保守的抗病毒酶,以其感知病毒RNA并激活下游自然免疫通路的能力而闻名[9]。人类OAS家族包含四个成员:OAS1、OAS2、OAS3和OAS样蛋白(OASL)[10]。OAS1-3蛋白在结构上具有显著相似性,但在OAS功能域的数量上存在差异:分别为一个、两个和三个[11]、[12]、[13]。OAS作为细胞质中的dsRNA传感器,催化2′-5′-寡腺苷酸(2-5A)的合成,从而激活内切核糖核酸酶RNase L,引发RNA降解和抗病毒信号传导[14]。经典的OAS-RNase L轴是早期自然免疫的基础,能够提供针对西尼罗河病毒和冠状病毒等病毒的广谱保护[15]、[16]、[17]。与OAS1-3不同,人类OASL具有一个OAS1_C结构域和两个类泛素结构域(UbLDs)[17]。在OAS结构域中,OASL的CCY位点取代了高度保守的CFK基序——这是OAS家族寡聚化所必需的关键序列元素。OASL的假定催化位点缺乏活性OAS酶中形成功能性催化核心的三个天冬氨酸残基[18]、[19]、[20]。因此,OASL的OAS结构域在酶学上是无活性的,无法合成2-5A[21]。尽管如此,人类OASL仍通过非经典机制表现出强大的抗病毒活性,这些机制独立于经典的OAS-RNase L通路[22]。
OASL是细胞内信号通路的关键调节因子,在抗病毒免疫中起着重要作用。在RNA病毒感染时,OASL作为视黄酸诱导基因I(RIG-I)样受体(RLR)的正向调节因子,增强其信号活性,从而增强自然免疫反应。例如,人类OASL通过与RIG-I的UbLD相互作用并共定位,促进了RIG-I介导的IFN生成[22]。dsRNA结合是OASL的基本功能特性,对于增强RIG-I介导的抗病毒免疫反应至关重要[20]。猪(Sus scrofa)的pOASL在没有C末端串联UbLDs的情况下,通过与黑色素瘤分化相关基因5(MDA5)结合来抑制经典猪瘟病毒的复制[23]、[24]。然而,在DNA病毒感染的情况下,OASL的作用相反,它作为环状GMP-AMP合成酶(cGAS)的负反馈调节因子,通过与cGAS直接且特异性地相互作用[25]。关于OAS蛋白的研究主要集中在哺乳动物上,对鱼类的研究较少,对无脊椎动物的研究更是寥寥无几。来自海绵(Geodia cydonium)的OAS酶可能具有内在活性,能够以独立于dsRNA的方式合成2-5A寡聚体[26]。从功能上看,这种海绵2-5A合成酶与OAS家族中的特定亚型类似。因此,OASL对RLR介导的抗病毒信号具有独特的调节作用,在无脊椎动物中的研究仍然很不充分。
太平洋牡蛎C. gigas是一种经济上重要的软体动物,栖息在富含多种微生物的生态系统中。在与病原体的长期相互作用过程中,牡蛎发展出了复杂的免疫系统,包括特定的模式识别受体、效应分子和调节因子,以应对多种病原体[27]。在太平洋牡蛎中已鉴定出RLR成员RIG-I和实验室遗传与生理学2(LGP2),两者均对poly(I:C)刺激有反应[28]、[29]。CgRIG-I与CgMAVS相互作用,进一步招募下游信号分子TRAF6并激活NF-κB信号通路[30]。在CgLGP2的启动子区域鉴定出多个IRF和NF-κB的结合位点,过表达CgLGP2可以调节人类IFN、AP-1和牡蛎CgIL-17[29]。我们之前的工作从C. gigas中鉴定出一种IFN样蛋白(CgIFNLP)和一种干扰素受体样蛋白3(CgIFNR-3)[31]、[32]。在poly(I:C)刺激下,CgIFNLP能够与其受体CgIFNR-3结合,激活JAK/STAT通路,并随后诱导ISGs(如CgViperin、CgMx1和CgIFI44L)的表达[33]、[34]。在本研究中,我们在太平洋牡蛎C. gigas中鉴定出一种OASL同源物(命名为CgOASL),主要目的是:(1)分析其在CgIFNLP和CgIFNR-3-RNAi处理后的表达水平;(2)研究其与牡蛎RLR成员的功能相互作用;(3)验证其对ISG表达的调控作用,并阐明OASL在C. gigas中调节抗病毒免疫反应的分子机制。

实验部分

牡蛎、免疫刺激和样本收集

成年太平洋牡蛎C. gigas(平均壳长13.0厘米)从中国辽宁省大连市的一个当地牡蛎养殖场采集,并在20°C的充气海水中饲养两周后用于实验。牡蛎的免疫刺激按照先前的方法进行[33]。252只牡蛎被分为四组:SW(无菌海水)组、poly(I:C)组、rTRX组和rCgIFNLP组。每只牡蛎分别接受了100

CgOASL的序列和系统发育特征

CgOASL的全长cDNA序列为912 bp,编码303个氨基酸的多肽。其理论相对分子量为35 kDa,等电点(pI)为9.23。CgOASL的氨基酸序列与已知的OASLs的相似度较低,与珊瑚Orbicella faveolata的OASL(XP_028412304.1)的相似度最高(35.71%),与Gigantopelta aegis的OASL(XP_041360287.1)的相似度为33.33%,与其他OASLs的相似度在23.43%-32.74%之间

讨论

干扰素(IFNs)在自然免疫中起着核心作用,作为第一道防线并驱动众多ISGs的表达,这些ISGs共同发挥抗病毒效应[4]。作为经典的ISG成员,OAS家族成员在IFN信号作用下上调,是细胞质dsRNA感知机制的关键组成部分,触发抗病毒防御以限制病毒复制[9]。OAS家族在脊椎动物中已被充分研究,而在无脊椎动物中的研究相对较少

CRediT作者贡献声明

曾宇晴和金宇浩:设计、执行并分析了实验,参与了研究设计,撰写了原始草稿。顾晓宇、顾一帆、王一清和陈梦佳:参与了实验并协调了实验。乔雪:参与了研究设计,讨论了结果并协助撰写了原始草稿。王玲玲和宋林生:提出了研究思路,协调了实验并协助撰写了原始草稿。所有作者均阅读了

数据可用性

数据可应要求提供。

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曾宇晴和金宇浩:设计、执行并分析了实验,参与了研究设计,撰写了原始草稿。顾晓宇、顾一帆、王一清和陈梦佳:参与了实验并协调了实验。乔雪:参与了研究设计,讨论了结果并协助撰写了原始草稿。王玲玲和宋林生:提出了研究思路,协调了实验并协助撰写了原始草稿。所有作者均阅读了

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢所有实验室成员提供的技术建议和有益的讨论。本研究得到了国家自然科学基金(NSFC)(项目编号32230110、32002418)、辽宁省科技计划(项目编号2024-MS-177)、大连高层次人才创新支持计划(项目编号2022RG14)和大连科技人才创新支持计划(项目编号2024RY032)的支持。

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