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PARP9：RNA病毒的非经典感受器

2021.5.26

　　RNA病毒感染在人群能引起严重的疾病，对人类健康造成严重的威胁。最近正在流行的2019冠状病毒病（COVID-19）就是由RNA病毒严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染引起的, 这也让抗病毒免疫研究再次成为媒体关注的焦点。天然免疫细胞是人体对抗病毒感染的第一道最重要的防线。它能利用细胞内的模式识别受体(PRRs) 检测病毒来源的包括核酸（DNA和RNA）在内的病原相关分子模式，然后激活下游信号通路产生I型干扰素，I型干扰素进一步激活机体的天然免疫和适应性免疫应答最终清除病毒和病毒感染细胞。RNA感受器是检测RNA病毒感染产生的RNA的重要PRRs。截至目前，一些RNA感受器被鉴定出来，包括视黄酸诱导基因I（RIG-I），黑素瘤分化相关分子5（MDA5）和张志强团队以前鉴定的解旋酶 (helicase) 家族成员DDX1-DDX21-DHX36复合体，DHX9，DHX15，DHX33等。这些经典的RNA感受器基本都是通过依赖激活下游线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）产生I型干扰素。那么，天然免疫细胞是否还有其他RNA感受器检测RNA病毒感染呢？是否还有其他不依赖MAVS产生干扰素的非经典RNA感受器呢？

　　2021年5月11日，美国休斯敦卫理公会医院研究所/康奈尔大学医学院张志强团队在Nature Communications杂志上在线发表了题为Identification of poly(ADP-ribose) polymerase 9 (PARP9) as a noncanonical sensor for RNA virus in dendritic cells 的研究论文。该文章首次鉴定了多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶9(PARP9)蛋白可以识别并结合RNA病毒的双链RNA（dsRNA），并通过激活下游的磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）p85亚基和蛋白激酶AKT3信号通路进一步磷酸化干扰素调节因子3（IRF3）和IRF7最终产生I型干扰素，从而发挥抵抗RNA病毒感染的作用清除病毒感染。该研究首次鉴定了PARP９作为MAVS非依赖的非经典的ＲＮＡ感受器，丰富完善了对RNA感受器抗病毒天然免疫的全面认识。

　 PARP家族蛋白以抗肿瘤研究出名，然而在抗病毒免疫功能方面还不是很清楚。首先，研究人员通过体外的基因敲低、poly I:C刺激、ELISA等实验在THP-1巨噬细胞筛选了17个PARP家族成员对RNA poly I:C诱导的I型干扰素产生的影响，发现鉴定了PARP9能够介导促进I型干扰素产生，然后他们检测了PARP9在人各种免疫细胞中的表达，发现PARP9在人树突状细胞中被干扰素α显著诱导表达，并且进一步在人单核细胞来源的树突状细胞证明PARP9是RNA poly I:C刺激和RNA病毒感染（而不是DNA刺激和DNA病毒感染）诱导产生I型干扰素必须的。在此基础上，研究人员构建了PARP9敲除小鼠，通过一系列的小鼠骨髓来源的树突状细胞（BMDC）体外实验和体内病毒感染实验更加证实了PARP9确实介导促进RNA刺激和RNA病毒感染诱导的I型干扰素产生，并且是抵抗RNA病毒（包括水泡性口炎病毒VSV和呼肠孤病毒reovirus）而不是DNA病毒体内感染所必需的。

　　然后，研究人员研究了PARP9介导I型干扰素产生的分子机制，通过RNA-seq、RNA pulldown、电泳迁移率实验（EMSA）等一系列体外实验证明PARP9能识别并结合RNA病毒的dsRNA。目前为止经典的RNA感受器基本都是识别结合RNA 后激活下游的MAVS产生I型干扰素，研究人员接下来研究PARP9是否也是结合dsRNA后利用MAVS产生I型干扰素，通过在人MAVS敲除HEK293T细胞、小鼠MAVS敲除和MAVS/PARP9双敲除BMDC的体外实验和体内实验证实PARP9不利用MAVS激活产生I型干扰素。研究人员通过免疫沉淀和质谱联用 (IP-MS) 寻找PARP9下游结合蛋白，通过免疫共沉淀、激光共聚焦等实验他们鉴定到PARP9能够结合并激活下游磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）p85亚基。最后，研究人员通过基因敲低、免疫共沉淀、基因突变等实验发现激活的PI3K p85亚基能够利用并结合其下游蛋白激酶AKT3，激活的AKT3能够进一步招募其下游IRF3和IRF7蛋白并促使IRF3第385位丝氨酸和IRF7第437/438位丝氨酸发生磷酸化，磷酸化的IRF3和IRF7作为转录因子进入细胞核诱导促进I型干扰素产生。

　　该文章的研究首次鉴定了PARP9作为MAVS非依赖的非经典的ＲＮＡ感受器（下图），提供了PARP9识别dsRNA并通过下游PI3K/AKT3信号通路激活产生I型干扰素的详细分子机制，全面丰富了对RNA感受器抗病毒免疫的全新认识。最重要的是，在当前COVID-19流行下，该研究对于通过开发靶向PARP9的抗病毒药物和疫苗具有重要的临床指导意义。