免疫學(xué)研究領(lǐng)域的專業(yè)期刊《Journal of Immunology》1月26日在線發(fā)表了生物物理研究所唐宏研究員課題組的最新研究成果“TANK-Binding Kinase 1 Attenuates PTAP-Dependent Retroviral Budding through Targeting Endosomal Sorting Complex Required for Transport-I”，闡述了天然免疫反應(yīng)中的重要信號分子TBK1如何控制HIV-1復(fù)制的新機(jī)制。
當(dāng)病毒侵入機(jī)體時(shí)，天然免疫細(xì)胞立即啟動識別病毒和激活抗病毒反應(yīng),，產(chǎn)生抗病毒功能分子,，如干擾素（IFN）,、炎性細(xì)胞因子等,。其中,，干擾素通過誘導(dǎo)產(chǎn)生上百種功能因子實(shí)現(xiàn)抗病毒作用,。因此,，宿主細(xì)胞干擾素的誘導(dǎo)產(chǎn)生及其后續(xù)信號傳導(dǎo)機(jī)制既是機(jī)體抗病毒的第一道防線，更是免疫學(xué)研究的核心內(nèi)容之一,。TBK1激酶在RNA病毒感染并誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生IFN的信號通路中發(fā)揮著不可或缺的作用,。除了調(diào)節(jié)干擾素與細(xì)胞因子等抗感染機(jī)制外，近幾年的研究還表明,，TBK1還以不同的方式調(diào)節(jié)抗病原微生物感染的內(nèi)源性免疫反應(yīng)(intrinsic immunity),，例如，TBK1可通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的吞噬囊泡膜上蛋白表達(dá),，防止被吞噬的細(xì)菌繁殖并感染其它細(xì)胞,。生物物理所唐宏課題組最新的研究結(jié)果首次證明,，TBK1與胞內(nèi)負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)亩嗄遗菪◇w(MVB)結(jié)合，并嚴(yán)格控制著免疫缺陷病毒（HIV-1）的成熟和釋放到細(xì)胞外的出芽過程(budding),。因此,，在抗病毒過程中，TBK1不僅可行使激活干擾素的功能,，可能還通過控制病毒復(fù)制本身,，來實(shí)現(xiàn)抗感染的分子功能。
早前的研究表明,，逆轉(zhuǎn)錄病毒（典型的包括HIV-1,，小鼠白血病病毒MLV，馬傳貧病毒 EIAV）復(fù)制周期的最后步驟稱為出芽,，即病毒的核酸和蛋白組裝成病毒顆粒并經(jīng)過細(xì)胞膜的釋放到細(xì)胞外,。逆轉(zhuǎn)錄病毒出芽需要“綁架”宿主細(xì)胞的MVB系統(tǒng)，利用其蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的功能,，將病毒顆粒運(yùn)送出細(xì)胞,。而病毒為了能開啟這個(gè)“后門”，隨身也佩戴了“鑰匙”,，(例如HIV-1利用其p6蛋白的PTAP基序,，MLV利用其p12的PPPY基序,， EIAV利用其p9的YPDL基序等),，打開MVB中所謂的運(yùn)輸必需內(nèi)涵體分選復(fù)合物（ESCRT）這把“鎖”，安全“出境”,。在唐宏研究員指導(dǎo)下,，研究生達(dá)琦和楊選明博士發(fā)現(xiàn)，HIV-1 出芽過程中,，PTAP“鑰匙”要打開的其中一把“鎖”是ESCRT-I復(fù)合體,，其“鎖芯”除了之前人們發(fā)現(xiàn)的Tsg101，MVB12和VPS37C等蛋白組成的“珠簧”外,，還有TBK1,。這是個(gè)令人驚愕和費(fèi)解的發(fā)現(xiàn)，但他們花了近5年時(shí)間終于搞清楚TBK1這個(gè)“鎖簧”是如何工作的,。首先,，位于ESCRT-I復(fù)合物中的TBK1并不影響MVB的超微結(jié)構(gòu)和MVB的正常生理功能，但TBK1的多寡及其激酶活性的高低與HIV-1出芽速度成反比,。更有意思的是,，TBK1這種對病毒出芽的調(diào)節(jié)功能只針對攜帶PTAP這把鑰匙的HIV-1病毒，因?yàn)镸LV,，EIAV均不受TBK1的控制,。更重要的是,，TBK1對HIV-1出芽速度的控制，并不依賴于其激活干擾素等抗病毒信號通路,，而是通過特異地磷酸化VPS37C實(shí)現(xiàn)的,。因此，這項(xiàng)研究揭示了天然免疫調(diào)控激酶TBK1在抗病毒過程中的一個(gè)全新功能,，即除了產(chǎn)生干擾素之外,，TBK1還可能直接參與到病毒復(fù)制周期中。
該成果還提出許多基礎(chǔ)研究與臨床治療關(guān)心的問題,，例如在HIV-1感染的細(xì)胞中,，位于ESCRT-I復(fù)合物中的TBK1激酶活性是如何被啟動的，人們?nèi)绾卫肨BK1在ESCRT中的抑制活性,，實(shí)現(xiàn)或者輔助抗病毒治療等,。
該項(xiàng)研究還得到了生物物理所高光俠研究員，UCLA的程根宏教授,，North Carolina大學(xué)的蘇立山教授的合作支持,。項(xiàng)目受基金委、中科院和科技部的經(jīng)費(fèi)資助,。
圖注：HIV-1通過其Gag蛋白的PTAP基序進(jìn)入細(xì)胞的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)ESCRT-I復(fù)合體,，經(jīng)由ESCRT-II/III復(fù)合體逐步與細(xì)胞膜融合并釋放到細(xì)胞外，完成其復(fù)制周期并開始感染下一個(gè)細(xì)胞,。出人意料的是,，作為抗病毒干擾素信號通路上關(guān)鍵的激酶TBK1，還是ESCRT-I復(fù)合體的一個(gè)功能亞基,，并可能通過磷酸化Vps37C而控制HIV-1病毒顆粒釋放到細(xì)胞外的速度,。（生物谷Bioon.com）
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The Journal of Immunology doi: 10.4049/jimmunol.1000262
TANK-Binding Kinase 1 Attenuates PTAP-Dependent Retroviral Budding through Targeting Endosomal Sorting Complex Required for Transport-I
Qi Da*?,1, Xuanming Yang*?,1, Youli Xu*, Guangxia Gao*, Genhong Cheng*? and Hong Tang*
Abstract
Retroviruses need to bud from producer cells to spread infection. To facilitate its budding, some virus hijacks the multivesicular body (MVB) pathway that is normally used to cargo and degrade ubiquitylated cellular proteins, through interaction between the late domain of Gag polyproteins and the components of MVB machinery. In this study, we demonstrated that TANK-binding kinase 1 (TBK1) directly interacted with VPS37C, a subunit of endosomal sorting complex required for transport-I (ESCRT-I) in the MVB pathway, without affecting the ultrastructure or general function of MVB. Interestingly, overexpression of TBK1 attenuated, whereas short hairpin RNA interference of TBK1 enhanced HIV-1 pseudovirus release from Vero cells in type I IFN (IFN-I)-independent manner. Down-regulation of TBK1 by short hairpin RNA in TZM-bl cells also enhanced live HIV-1 NL4-3 or JR-CSF virus budding without involvement of IFN-I induction. Furthermore, infection of TBK1-deficient mouse embryonic fibroblast cells with a chimeric murine leukemia virus/p6, whose PPPY motif was replaced by PTAP motif of HIV-1, showed that lack of TBK1 significantly enhanced PTAP-dependent, but not PPPY-dependent retrovirus budding. Finally, phosphorylation of VPS37C by TBK1 might regulate the viral budding efficiency, because overexpression of the kinase-inactive mutant of TBK1 (TBK1-K38A) in Vero cells accelerated HIV-1 pseudovirus budding. Therefore, through tethering to VPS37C of the ESCRT-I complex, TBK1 controlled the speed of PTAP-dependent retroviral budding through phosphorylation of VPS37C, which would serve as a novel mechanism of host cell defense independent of IFN-I signaling.
