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Rad50蛋白质的双重保护作用:细胞DNA修复,病毒DNA的破坏

摘要 : 德国慕尼黑工业大学(TUM)和慕尼黑大学(LMU)的科学家发现,蛋白质Rad50不仅能够寻找和检测细胞自身DNA的缺陷,同时还与免疫系统的一种特定信号蛋白(CARD9)相互作用,形成一个复合体。研究人员首次在细胞中成功地演示了这一关系。相关文章发表于2014年4月28日的《Nature Immunology》杂志上。

细胞必须保护它们自己:一方面防止其遗传物质发生损伤,而且还要对抗来自外部的攻击,例如病毒。为此,它们会使用两种不同的机制:特殊的蛋白质寻找和检测细胞自身DNA的缺陷,而免疫系统则会采取行动对付入侵者。目前,来自德国慕尼黑工业大学(TUM)和慕尼黑大学(LMU)的科学家们表明,这两种保护机制都是通过一种共有的蛋白质联系在一起。相关结果发表在最近的《Nature Immunology》杂志。

Rad50蛋白质的双重保护作用:细胞DNA修复,病毒DNA的破坏

在人类细胞中,DNA作为遗传信息的载体,仅存在于细胞核中。为了保护它,专门的蛋白质会定期扫描DNA链查找缺陷,并修复它们。这方面的一个例子是蛋白质Rad50,它是一种DNA传感器,与DNA结合并检测有缺陷的部位。由TUM的Jürgen Ruland教授带领的科学家小组,与LMU的同事合作,发现了Rad50执行的另外一项重要任务。

一般地,在细胞核周围的细胞质中没有DNA。然而,如果确实出现过,它通常是来自于病毒的外源DNA,例如,感染细胞的病毒。就像人类一样,一些种类的病毒会使用DNA来携带它们的遗传信息。因此,先天免疫系统已经发展出了报警机制,来快速有效地检测细胞质中的外源DNA,并通过产生信使物质激活免疫系统。

然而,这种激活过程在细胞质中是如何发生的,在很大程度上还是未知的。在这项研究中,第一作者Susanne Roth博士及其同事们证明,来自细胞核的DNA传感器Rad50蛋白,也是抗病毒防御的一个重要触发因子。Jürgen Ruland教授解释这项结果的意义:“我们非常的惊讶发现,Rad50专门检测细胞核中的DNA,也检测外源病毒的DNA,作为相应免疫反应的一个连接环节。”

一种蛋白,两种功能

在实验中,科学家们用一种病毒来感染免疫细胞,这种病毒将其DNA导入细胞质中。他们表明,即使Rad50通常停靠在细胞核中受损的DNA上,但它会与细胞质中的病毒DNA结合。一个关键的因素是,Rad50同时与免疫系统的一种特定信号蛋白(CARD9)相互作用,形成一个复合体。研究人员首次在细胞中成功地演示了这一关系。

复合物的形成会激活细胞中的一个信号转导通路,最终产生信号物质白介素1β(interleukin 1β)。免疫系统的这一关键“总参与者”可引起发烧作为对病原体的一种防御机制,但是在自身免疫性疾病中也起一定的作用,如类风湿性关节炎。

为了证实他们的结果,研究人员用不包含Rad50或CARD9的细胞,再次将DNA导入其细胞质。这两种类型的细胞,产生了更少的白细胞介素1β,因为不能形成激活报警系统的Rad50-CARD9复合体。

Jürgen Ruland解释说:“IL-1β太多或太少,都可能导致一种有缺陷的免疫反应或慢性疾病,所以它的生产必须由身体严格调控。现在我们知道,Rad50和CARD9是报警系统和IL-1β生产的重要触发因子,我们可以对许多免疫反应有一个更好的理解,并开发可在治疗上影响它们的策略。”

原文摘要:

Rad50-CARD9 interactions 1ink cytosolic DNA sensing to IL-1β production

Susanne Roth, Andrea Rottach, Amelie S Lotz-Havla, Verena Laux, Andreas Muschaweckh,Søren W Gersting, Ania C Muntau, Karl-Peter Hopfner, Lei Jin, Katelynd Vanness, John H J Petrini, Ingo Drexler, Heinrich Leonhardt & Jürgen Ruland

Double-stranded DNA (dsDNA) in the cytoplasm triggers the production of interleukin 1β (IL-1β) as an antiviral host response, and deregulation of the pathways involved can promote inflammatory disease. Here we report a direct cytosolic interaction between the DNA-damage sensor Rad50 and the innate immune system adaptor CARD9. Transfection of dendritic cells with dsDNA or infection of dendritic cells with a DNA virus induced the formation of dsDNA-Rad50-CARD9 signaling complexes for activation of the transcr-ption factor NF-κB and the generation of pro-IL-1β. Primary cells conditionally deficient in Rad50 or lacking CARD9 consequently exhibited defective DNA-induced production of IL-1β, and Card9−/− mice had impaired inflammatory responses after infection with a DNA virus in vivo. Our results define a cytosolic DNA-recognition pathway for inflammation and a physical and functional connection between a conserved DNA-damage sensor and the innate immune response to pathogens.

 

来源: 测序中国 浏览次数:165

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