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更新日期:108年3月13日

14-3-3蛋白家族在RIG-I like receptors (RLRs)抗病毒訊息傳遞路徑扮演的角色

醫學院生物化學暨分子生物學研究所劉旻禕老師團隊近期發表最新論文於國際期刊PLOS Pathogen,其研究顯示細胞中14-3-3蛋白家族中的成員對於MDA5的活化和其下游的抗病毒反應非常重要。先前抗病毒先天免疫反應研究領域對細胞質中可辨認外來病毒RNA之病毒接受器家族(RIG-I-like receptors, RLRs)中RIG-I的活化機制及路徑研究較為透徹,而對於另一成員MDA5則尚有較多活化機制和調控機轉尚待研究,此研究對MDA5活化路徑之調控提供了更加詳細的解釋。

宿主細胞時時刻刻會接受到外在病原體的入侵,宿主如何快速辨認不同病原體並啟動先天性免疫反應(Innate immunity)去抵擋外在的攻擊,是建立良好免疫反應的首要關卡。在人類細胞質當中,RNA病毒接受器家族(RIG-I like receptors, RLRs)成員中RIG-I及MDA5具有辨認外來入侵病毒RNA之重要功能,當其結合並辨認外來病毒RNA時,便會發生蛋白質構形的改變並經由一連串蛋白質轉譯後修飾(post-translational modification, PTM)進而活化下游adaptor proteins。此一連串抗病毒蛋白傳遞路徑反應(type I interferon signaling pathway)中,RLRs會和下游蛋白質形成穩定signalsomes並刺激第一型干擾素的產生以對抗外來病毒的感染及複製。

研究顯示,當RIG-I及MDA5活化時,必須由細胞質移動至其下游蛋白質MAVS所在之粒腺體相關膜域進行交互反應以繼續活化更下游傳遞路徑,而細胞中移動蛋白質的重要推手14-3-3蛋白家族(14-3-3 protein family)便在RLRs signaling pathway中扮演不可或缺的角色。14-3-3蛋白家族在哺乳動物細胞當中目前發現共有7種isoforms,不同isoforms在細胞當中執行不同功能,且除了使蛋白質在細胞中各部分移動外,此蛋白質家族也參與了訊息傳遞、細胞生長調控和其他重要功能的調控。劉旻禕老師2012年發表於Cell Host and Microbe期刊,發現14-3-3ε參與調控RIG-I活化路徑,14-3-3ε和TRIM25共同調控RIG-I泛素化(ubiquitination)以控制RIG-I活化,且14-3-3ε和RIG-I相互作用控制RIG-I由細胞質移動至粒腺體相關膜域和下游adaptor protein MAVS進行交互作用以活化下游訊息傳遞路徑產生第一型干擾素。而今年2019年發表於PLOS Pathogen期刊,劉旻禕老師實驗室再度發現14-3-3η可以促進RLRs中另一成員MDA5訊息傳遞路徑的活化,14-3-3η可以降低MDA5活化之免疫反應閥值,使MDA5在辨認外來病毒RNA後,更快速形成MDA5多聚體並移動至粒腺體相關膜域,活化下游訊息傳遞路徑產生干擾素和干擾素誘發之抗病毒基因的表現,以抵抗病毒入侵及複製。

劉旻禕老師研究團隊首先以細胞質-粒線體分離技術發現MDA5在接受外在RNA刺激時,會像RIG-I一樣移動至下游蛋白質MAVS所在位置MAM進而啟動下游訊息傳遞路徑,之後陸續證明MDA5在有14-3-3η的狀態下,以半變性瓊脂醣凝膠電泳技術(SDD-AGE)探討細胞經由外來RNA刺激後,其形成MDA5多聚體的速度的相對量較14-3-3η缺乏的狀態下來的快,且由細胞質-粒線體分離技術發現MDA5由細胞質移動至MAM的相對量也較14-3-3η 缺乏的狀態下來的多,而細胞利用人工合成長雙股RNA: poly(I:C)刺激或感染EMCV之後,相較於14-3-3η 缺乏的狀態下,細胞擁有更高的干擾素表現量,足以推斷14-3-3η在MDA5抗病毒訊息傳遞路徑中的重要性。

值得注意的是,14-3-3蛋白家族隨著科學研究發現對於RLRs蛋白家族先天性免疫反應活化路徑越顯得重要的同時,另一方面也陸續發現有許多病毒會利用其本身蛋白質和14-3-3蛋白交互作用進而綁架宿主14-3-3蛋白阻止宿主細胞啟動抗病毒免疫訊息傳遞作為抵抗宿主免疫反應手段。長庚大學郭瑞琳老師團隊於2016發表H1N1型流感病毒之NS1蛋白會於感染宿主細胞當中和14-3-3蛋白有交互作用,其詳細目的目前尚待科學界繼續研究。同時2016年由Dr. Gack實驗室團隊發表於Nature Immunology期刊之研究顯示登革熱病毒會利用其NS3蛋白質模仿14-3-3ε之結合motif挾持宿主14-3-3ε進而阻止宿主抗病毒免疫反應的啟動。劉旻禕老師團隊此篇研究也推測將來可以繼續在致病病毒中找到阻斷MDA5和14-3-3η交互作用之機制,如同先前在登革熱病毒中的研究所示,若能弱化病毒阻斷RLR/14-3-3相互反應的能力,將可成為重組該病毒之突變株作為疫苗研發的條件。

  • 醫學院生物化學暨分子生物學研究所劉旻禕老師團隊

    醫學院生物化學暨分子生物學研究所劉旻禕老師團隊

  • 14-3-3蛋白家族在RIG-I like receptors (RLRs)抗病毒訊息傳遞路徑扮演的角色

    14-3-3蛋白家族在RIG-I like receptors (RLRs)抗病毒訊息傳遞路徑扮演的角色

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