中国农业大学动物医学院兽医公共卫生安全全国重点实验室李鑫教授课题组在mBio期刊在线发表了题为“Viral protease binds to nucleosomal DNA and cleavesnuclear cGAS that attenuates type I interferon”的最新研究成果。该研究是团队继揭示塞内卡病毒3C蛋白酶切割猪源cGAS拮抗线粒体DNA诱导免疫应答的分子机制（Yanet al, PLoS Pathogens 2023）；阐明猪源IL-1b是塞内卡病毒3C蛋白酶的炎症感受器（Huanget al, PLoS Pathogens 2024）；发现塞内卡病毒3C蛋白酶靶向破坏GSDMA 成孔结构拮抗细胞焦亡的分子机制（Yinet al, mBio 2024），进一步阐明了塞内卡病毒（SVV）3C蛋白酶易位至细胞核，结合核DNA并裂解核cGAS，从而拮抗cGAS介导I型干扰素产生的新机制。
cGAS（环状GMP-AMP合成酶）是一种在天然免疫信号通路中起重要作用的模式识别受体（PRR）。李鑫教授在美国德州农工大学PingweiLi教授实验室博士后工作期间，首次发现cGAS与dsDNA以2:2的比例结合形成二聚体，并且首次发现了cGAS与dsDNA的第二个结合面B site（Li et al, Immunity. 2013, cited662），为后续发现核小体组蛋白以高亲和力结合cGAS B site，阻碍其被染色质DNA激活奠定了重要的基础。在细胞核中，cGAS通过与NONO（非POU结构域的八聚体结合蛋白）互作被HIV激活，招募蛋白精氨酸甲基转移酶5（Prmt5）促进I型干扰素的产生。在感染单纯疱疹病毒时，核cGAS被dsDNA激活，导致IFN-I产生。此外，核cGAS被刺激后从胞核到胞质的转运对产生IFN-I至关重要，其N端决定了这一过程。为逃逸cGAS介导的天然免疫应答，病毒已演化出多种策略来拮抗cGAS识别，但目前尚未有病毒蛋白酶直接裂解核cGAS的报道。
研究人员首次报道SVV 3C蛋白酶在病毒感染情况下能够易位至细胞核，并发现N端1-20位氨基酸对SVV 3C蛋白酶的核易位至关重要。进一步研究表明，SVV 3C蛋白酶能够结合核小体DNA（图1）。
图1. SVV 3C蛋白入核并结合核小体DNA
此外，免疫荧光分析发现入核的SVV 3C蛋白酶与猪源cGAS（pcGAS）存在共定位现象。在细胞核中，SVV 3C蛋白酶可以裂解核pcGAS N端，产生明显的裂解条带（图2）。
图2. SVV 3C与核pcGAS共定位并裂解其N端
为确定SVV 3C蛋白酶裂解核pcGAS对产生I型干扰素的影响，构建了稳定表达全长pcGAS（pcGASFL）和pcGAS C端（pcGASCT）的细胞系。分析发现，正常情况下pcGASFL和pcGASCT主要存在于细胞核中，在poly(dA:dT)刺激下，pcGASFL呈现胞质分布，而pcGASCT和感染SVV细胞的pcGASFL并没有这一现象。进一步研究发现，在同时感染SVV的条件下，pcGASFL细胞系比pcGASCT细胞系诱导更多的干扰素表达（图3）。
图3. SVV 3C切割核pcGAS N端抑制IFN-I的产生
总之，该研究发现SVV感染后3C蛋白酶易位到细胞核，与核小体DNA结合。同时，3C蛋白酶裂解核pcGAS，破坏其在细胞质中的定位，抑制IFN-I的产生，揭示了SVV拮抗cGAS介导I型干扰素产生的新机制（图4）。
图4. SVV 3C蛋白酶进核裂解pcGAS减弱IFN-I产生的分子机制
李鑫教授为该论文通讯作者，博士研究生吴磊、严娅为论文共同第一作者。本研究获得国家自然科学基金面上项目（32373020）和国家重点研发计划项目（2022YFD1800300）等课题支持。