去泛素酶AMSH通过自噬-固有免疫crosstalk调控抗病毒反应的机制研究

Autophagy, a homeostatic process whereby eukaryotic cells target cellular proteins, organelles and invading microbes for degradation, plays a broad role in health and disease states. Accumulating studies showed that autophagy, as well as its key regulators, plays a critical role in the tight regulation of innate immunity. The crosstalk between innate immune signaling and autophagy forms a complex network. However, the detailed molecular mechanisms about the regulation of such network is still not clear. Our previous study indicated that reversible ubiquitination plays an important role in the regulation of antiviral immunity through autophagy, and identified several deubiquitinases, including USP19 and USP14, which play critical roles in the crosstalk between antiviral immunity and autophagy by targeting RIG-I and cGAS respectively. We also found several other novel regulators of autophagy and antiviral immunity in the deubiquitinase family, such as AMSH, based on our established screening system through CRISPR/Cas9 technology. In this project, we will combine the methods of cell biology, molecular biology and immunology to investigate the detailed mechanisms about how AMSH regulates antiviral responses through its crosstalk with autophagy at molecular, cellular and animal level. We will also develop the multiple layered mathematical models to analyze the dynamic interaction and modification patterns of the AMSH and their targets. Our research will provide important data basis for the treatment of many viruses-related diseases, as well as cancer.

自噬是真核生物体内降解蛋白、细胞器以及外源微生物的基本生理活动，并且同机体的诸多生理活动密切相关。大量研究显示自噬，以及自噬调控分子能够特异性参与并精细调控固有免疫应答，形成复杂的调控网络。然而对于自噬-固有免疫crosstalk网络的具体分子机制还未被详细阐明。我们前期的研究揭示了可逆泛素化在自噬对抗病毒反应的特异性调控中的关键作用，并发现USP19、USP14等去泛素酶通过细胞自噬，精细调控抗病毒免疫的独特模式。在对于去泛素酶的大规模功能筛选中，我们还发现去泛素酶AMSH分子在细胞自噬和抗病毒免疫中均具有显著的调控作用。在本项目中，我们将结合免疫学、分子生物学和计算生物学方法，进一步深入研究AMSH分子在介导自噬和固有免疫crosstalk中的具体调控分子机制。我们的研究将丰富现有的抗病毒免疫调节理论，为改善困扰人类健康生活的多种疾病的治疗提供新的分子靶点和理论依据。

自噬是真核生物体内降解蛋白、细胞器以及外源微生物的基本生理活动，并且同机体的诸多生理活动密切相关。自噬以及自噬调控分子能够特异性参与并精细调控固有免疫应答，形成复杂的调控网络。我们在本项目中通过结合细胞生物学和分子免疫学等各种技术，系统研究了AMSH等泛素化调节分子对细胞自噬网络和固有免疫的调控功能和具体分子机制，目前共取得3项重要的学术进展：（1）揭示去泛素酶蛋白家族在自噬-抗病毒免疫交互作用中的功能和调控机制：通过基于CRISPR/Cas9系统和cDNA文库的针对去泛素酶蛋白家族的功能筛选，发现了多个调控自噬-免疫交互作用的新分子，并系统揭示了AMSH、OTUD7B、PSMD14等去泛素酶通过自噬调控抗病毒免疫反应的新机制；（2）揭示去泛素酶蛋白家族在自噬-炎症交互作用中的功能和调控机制：发现USP14、BRCC3和USP19等去泛素酶分子通过介导选择性自噬，从信号通路和表观遗传水平影响非经典NF-kappaB信号通路、炎症小体或特定炎症因子表达，调控炎症应答及其相关疾病的新模式；（3）揭示自噬-免疫交互作用网络在新冠病毒感染调控中的功能和机制：发现新冠病毒Mpro蛋白通过挟持细胞自噬，降解STAT1抑制固有免疫应答，促进病毒免疫逃逸的新机制，并发现新冠病毒的主要病毒受体ACE2受自噬降解调节，通过调节ACE2的SUMO化和泛素化，可以干预新冠病毒的入侵。相关工作发表在PNAS、Autophagy、Nature Communications、STTT、Advanced Science等学术期刊上，三次被Autophagy杂志邀请撰写亮点介绍，两篇论文分别入选Advanced Science和STTT杂志的封面文章，并主编学术专著一部（Springer-Nature出版社）。在执行的四年间，该项目进展顺利，已完成当初制定的各项目标，在本项目支持下，本研究团队共发表学术论文21篇，综述3篇，培养4名博士和4名博士后，申请人也受邀在第二届和第三届中国自噬研究大会和SCBA大会上作学术报告。这项研究丰富了现有的抗病毒免疫调节理论，为改善困扰人类健康生活的多种疾病的治疗提供新的分子靶点和理论依据。