游富平团队揭示天然免疫信号调控m6A修饰的新机制

　　

2022年2月15日，来自北京大学基础医学院游富平团队在Cell Reports发表了题为“TBK1-METTL3 axis facilitates antiviral immunity”的研究论文，报道了天然免疫信号通路上的关键激酶TBK1可在病毒感染后与METTL3直接相互作用，并通过对METTL3功能的双重调控增强机体一型干扰素应答。

真核生物mRNA上通常携带多种化学修饰，其中N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是最常见的一种mRNA内部修饰。m⁶A修饰影响了mRNA的出核、稳定、剪接和翻译等，从而参与调控各种生物学进程。在病毒感染过程中，m⁶A通过调控多种抗病毒因子的mRNA代谢，影响宿主抗病毒免疫应答。然而，目前研究大多关注m⁶A对抗病毒天然免疫的影响，少有研究报道天然免疫信号对m⁶A及其催化复合体的调控。已有研究表明，病毒感染可以上调METTL3和METTL14的蛋白水平及其介导的m⁶A甲基化修饰。最近研究指出，病毒感染改变了宿主的m⁶A表观转录组，且该过程依赖于天然免疫的活化，但具体调控机制有待进一步研究。此外，除了催化m⁶A反应，METTL3还可以促进蛋白质翻译，且该过程并不依赖于其m⁶A活性，而目前对于这两种功能的调控尚无报道。

TBK1-METTL3 轴调节抗病毒天然免疫

在这项研究中，作者首先通过蛋白质谱分析，结合免疫共沉淀和微量热泳动实验，证实了METTL3与TBK1存在直接相互作用，且METTL3可以协同TBK1激活IFNβ表达。之后通过体外激酶反应和磷酸化修饰质谱，证实TBK1可以磷酸化METTL3第67位丝氨酸。将该位点突变后，METTL3协同TBK1激活IFNβ表达的能力明显减弱。同样地，将METTL3的催化活性位点突变后（D395A），其对TBK1的协同能力也明显减弱。于是，作者猜测该磷酸化位点是否影响了METTL3的m⁶A活性。m⁶A定量实验表明，病毒感染可以诱导胞内m⁶A水平上调，而在Tbk1敲除细胞中，病毒诱导的m⁶A水平明显降低，提示病毒感染后TBK1可以促进METTL3催化活性。同样，体外RNA甲基化实验也证实了，TBK1可以显著增强METTL3/METTL14复合体介导的m⁶A反应。然而，该过程并不依赖于METTL3 S67磷酸化和TBK1激酶活性。接着，通过m⁶A甲基化测序，作者找到了TBK-METTL3下游的一个效应分子——IRF3。病毒感染后，TBK1可以促进METTL3在IRF3 mRNA终止密码子附近的m⁶A甲基化，从而稳定IRF3 mRNA，然而该过程也不依赖于METTL3的S67磷酸化。

为了继续探究S67磷酸化对METTL3功能的影响，作者分析了野生型和S67A突变METTL3的蛋白质谱。结果发现，TBK1可以促进METTL3与翻译相关蛋白之间的相互作用，而将S67位点突变后，这类互作蛋白消失。同样地，病毒感染可以诱导内源METTL3与翻译相关蛋白相互作用，而将Tbk1敲除细胞后，互作消失。SUnSET（surface sensing of translation）和Tethering实验结果显示，过表达野生型METTL3而非S67A突变体可以促进蛋白质翻译。相反，在Mettl3敲除细胞中，病毒感染后蛋白合成明显减少。这些结果表明，TBK1通过磷酸化METTL3第67丝氨酸，促进METTL3介导的蛋白质翻译，而该过程可能也参与调控一型干扰素应答。

综上，该研究揭示了天然免疫信号调控m⁶A修饰的新机制，即TBK1同时参与调控METTL3的m⁶A活性和蛋白质翻译功能，促进机体的一型干扰素应答。

北京大学基础医学院的游富平教授为该论文的通讯作者。北京大学2016级博士生陈靖轩、2014级基础八年制韦雪梅和2018级博士生王晓为共同第一作者。

该项目获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金重点研究专题的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110373

(北京大学基础医学院)