Immunity | 经典的抗病毒蛋白寡腺苷酸合酶1通过增强IRF1的翻译发挥抗细菌感染的功能

导读

干扰素（IFN）刺激的基因（ISG）不仅能抵抗病毒感染，还具有抗菌功能。2'-5'寡腺苷酸合成酶（OASs）是ISG的一类，通过合成2-5A分子激活RNase L降解RNA，抑制翻译水平。尽管OAS蛋白与抗结核反应有关，其具体机制尚不明确。

OAS家族基因在后生动物中表现出广泛的突变和快速进化。OAS蛋白生成的2-5A唯一已知的效应因子是RNase L，而RNase L在低等后生动物中不存在。人类细胞研究表明，只有OAS3对于RNase L的激活是必要的，其他OAS蛋白的功能尚未解决。

人类OAS1基因中的SNP rs10774671（A/G）与多种病毒感染的易感性有关。G等位基因生成的OAS1 P46蛋白与病毒和结核病抵抗有关，而A等位基因生成的P42蛋白则与病毒易感性相关。P46和P42均具有NTase活性，但P46因其CaaX前烯化基序的不同而更能定位到内膜并与病毒dsRNA结合。

2024年7月1日，美国匹兹堡大学医学院Saumendra N. Sarkar团队在Immunity上发表了一篇题为“The canonical antiviral protein oligoadenylate synthetase 1 elicits antibacterial functions by enhancing IRF1 translation”的论文，文章发现OAS1 P46和小鼠对应的Oas1b通过一种NTase和RNase L非依赖性机制提供了对细胞内细菌感染的保护。OAS1将IRF1 mRNA结合并定位到内体膜，这种特定的定位增强了IRF1蛋白的翻译，而不影响IRF1 mRNA的水平。OAS1介导的IRF1翻译促进了抗菌效应蛋白的转录，这些蛋白进而限制细菌的复制。本研究从翻译调控角度提供了对抗菌免疫分子基础的新见解。

文章索引

【标题】The canonical antiviral protein oligoadenylate synthetase 1 elicits antibacterial functions by enhancing IRF1 translation

【发表期刊】Immunity

【发表日期】2024年7月1日

【作者及团队】美国匹兹堡大学医学院Saumendra N. Sarkar团队

【IF】32.4

研究结果

一. Oas1b的体内抗菌活性

小鼠5号染色体上的Oas1b基因与西尼罗病毒（WNV）抗性相关。研究显示，Oas1b-KI小鼠在感染弗朗西斯氏菌（Fn）和李斯特菌（Lm）时，比野生型小鼠存活率更高，体重减轻更少，细菌负荷更低。

体外实验中，Oas1b-KI的骨髓衍生巨噬细胞也显示出较低的细菌负荷。这表明Oas1b在体内外均能有效抵抗细菌感染。

二. 人类OAS1的同工型特异性抗菌活性

OAS1的SNP导致P42和P46两种同工型的表达。在OAS1-KO的THP1细胞中诱导表达P42、P46和失活的P46突变体后发现，只有P46能抑制细菌生长，显示出酶活性无关的抗菌活性。

RNase L的缺失不影响细菌控制，表明OAS1和Oas1b通过非经典机制独立于酶活性抑制细菌复制。

三. OAS1调控由IFNg诱导的蛋白表达

IFNg强烈诱导OAS1表达，并在抗菌防御中发挥重要作用，OAS1缺失使得IFNg失去对Fn和Lm的抗菌效应。

通过基因和蛋白表达分析发现，OAS1缺失导致一些关键基因在转录后调控水平上出现异常，特别是IRF1等重要因子的表达受到影响。

通过恢复表达OAS1 P46，可以恢复IRF1蛋白的表达，表明OAS1 P46通过非酶活性机制调节IFNg诱导的免疫反应，这一发现在细胞系和人类PBMCs中得到验证。

四. OAS1的抗菌活性是通过IRF1介导的

作者利用Oas1b-KI/Irf1/小鼠模型验证了IRF1在OAS1介导的抗菌保护中的关键作用。

IRF1缺失导致细胞内抗菌能力下降，这种作用是通过调节GBP1等抗菌性ISG的转录来实现的。总体而言，IRF1在OAS1调控的抗菌效应中具有重要作用，这为理解细胞内抗菌机制提供了新的见解。

五. IRF1的mRNA翻译受到OAS1的增强

作者观察到OAS1不影响IRF1 mRNA水平，提示OAS1通过增强IRF1蛋白的翻译来调节其功能。

作者使用Polysome profiling多聚核糖体分析验证了在OAS1-KO细胞中，IRF1蛋白的合成速率明显降低，而其衰减速率基本相同。RNA免疫沉淀等其他实验进一步确认了OAS1促进IRF1 mRNA翻译的作用。

六. OAS1结合IRF1 mRNA并增强其翻译

OAS1通过其RNA结合结构域与IRF1 mRNA结合，并增强其翻译。作者使用RIP实验证实，人类OAS1 P46与IRF1 mRNA特异性结合，而P42不具有这种能力。

突变体OAS1 P46 K60E失去了结合IRF1 mRNA的能力，并且无法增强IRF1的翻译或抑制细菌感染。

进一步的分析发现，IRF1 mRNA的长3'非翻译区（UTR）含有一个AU丰富的结合位点，可能通过发夹环结构增强与OAS1的结合，从而促进IRF1的翻译。

七. OAS1介导的IRF1 mRNA在内膜定位增强其翻译

作者研究了OAS1如何通过其内膜定位促进IRF1 mRNA的翻译调控机制。他们发现，OAS1的特定亚型P46通过其C端的CaaX motif实现内膜定位，与IRF1 mRNA结合，并将其分配到细胞的内膜区域。这种分配使得IRF1 mRNA能够在内膜上更有效地进行翻译，从而增强IRF1蛋白的合成。

他们通过荧光原位杂交和生化分析验证了这一机制，并确认了OAS1定位对IRF1翻译的依赖性。

总体而言，OAS1的内膜分配是其调控IRF1翻译的关键机制，进一步揭示了OAS1在抗菌活性中的作用。

总结

本研究揭示了经典抗病毒基因OAS1在抗细菌免疫中的关键作用。OAS1通过结合并定位IRF1 mRNA到粗面内质网-高尔基体内膜，促进IRF1 mRNA的翻译，而不影响其转录或降解。这一机制导致IRF1表达增加，进而增强抗细菌效应器蛋白的表达，限制细胞内细菌的生长，这些发现揭示了OAS1在抗细菌先天免疫中的非经典功能。

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