甲基化转移酶NSD3在抗病毒天然免疫中的作用及其机制研究

Lysine methylation is an important post-translational modifications (PTMs), which is implicated in various biological pathological conditions. Interferon-regulatory factor 3 (IRF3) is essential for antiviral immunity, yet the mechanism for methylation control of IRF3 activation remain unclear. We generated NSD3fl/fllyz2 mice, and found NSD3 antiviral immune effect, and importantly we found IRF3 methylated state and NSD3-mediated IRF3 methylation. In this study, we firstly confirm the effect of NSD3 on antiviral response; Subsequently，we focus on the specific PTMs of IRF3 by NSD3 (direct methylation, the discovery of methylation sites), and the effect of NSD3-mediated IRF3 methylation on the transcriptional activity of IRF3. Finally, we further investigated the crosstalk between NSD3-mediated methylation and phosphorylation. This study will explore an undiscovered PTMs of IRF3 (IRF3 methyation) and reveals a critical role of NSD3-mediated IRF3 methylation in enhancing antiviral immunity; therefore, this study will provide a new therapeutic target for clinical antiviral response.

赖氨酸甲基化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰（post-translational modifications，PTMs)，在调控细胞生物学行为中发挥重要功能。IRF3在抗病毒免疫中发挥关键作用，多种PTMs可调控IRF3转录活性，但目前对于IRF3甲基化修饰,以及对其活性的调控未有报道。我们制备了甲基化转移酶NSD3基因敲除小鼠，发现NSD3具有抗病毒效应；并且发现IRF3存在甲基化状态，NSD3可介导其甲基化。本课题首先验证NSD3的抗病毒效应；其次，重点研究NSD3调控IRF3的方式（甲基化，甲基化位点的发现），以及NSD3介导IRF3的甲基化对IRF3 转录活性的影响；最后，探讨NSD3介导的IRF3甲基化和磷酸化之间的调控关系。本项目的完成将首次揭示IRF3的一种新型的PTMs（甲基化修饰），并发现NSD3介导的IRF3甲基化在抗病毒效应中的重要作用，为临床抗病毒提供了潜在靶点。

蛋白质甲基化是重要的翻译后修饰方式之一，参与多种生理病理过程。已有报道在炎症和肿瘤发生过程中多种甲基转移酶可通过对转录因子的甲基化修饰从而调控其转录活性以及后续的信号传递过程。IRF3是在抗病毒天然免疫应答中发挥关键作用转录因子，而其甲基化修饰调控其活化的机制目前尚不清楚。本研究发现，IRF3在366位赖氨酸（K366）发生单甲基化对其抗病毒天然免疫应答中发挥转录活性非常关键。通过对IRF3相互作用蛋白的质谱分析，本研究鉴定发现了NSD（nuclear receptor-binding SET domain）甲基转移酶家族成员——NSD3蛋白是对IRF3发挥赖氨酸甲基化作用的关键酶，能够通过其PWWP1结构域直接结合IRF3的C端区域，并通过其SET结构域在K366位对IRF3进行甲基化。NSD3缺陷可明显削弱小鼠的抗病毒天然免疫反应。探究其机制，NSD3通过对IRF3 K366位的单甲基化，促进IRF3与蛋白磷酸酶PP1cc的解离，使IRF3的磷酸化状态得以维持，从而增强了IRF3的转录活性，最终促进了I型干扰素的产生。本研究揭示了在抗病毒反应中一种新的免疫调节方式，通过NSD3介导IRF3甲基化与磷酸化之间的“crosstalk”调控IRF3的活性，从而在抗病毒天然免疫应答中发挥关键作用。