云大首席科学家PLOS：miRNA在先天免疫中的作用

2015年1月8日，云南大学生物资源保护与利用重点实验室张克勤课题组在国际著名学术期刊《PLOS Pathogens》发表一项最新研究成果，这项研究解析了miRNA在先天免疫中所起的作用。该研究表明，在线虫先天免疫反应过程中，mir-233是未折叠蛋白反应（UPR）的一个重要调节因子。

　　

生物通报道：2015年1月8日，云南大学生物资源保护与利用重点实验室张克勤课题组在国际著名学术期刊《PLOS Pathogens》发表一项最新研究成果，题为“mir-233 Modulates the Unfolded Protein Response in C. elegans during Pseudomonas aeruginosa Infection”。这项研究解析了miRNA在先天免疫中所起的作用，该研究表明，在线虫先天免疫反应过程中，mir-233是未折叠蛋白反应（UPR）的一个重要调节因子。

本文通讯作者是云南大学生物资源保护与利用重点实验室主任张克勤教授及其课题组的邹成钢教授。张克勤教授现为云南大学副校长、国家973计划首席科学家，长期从事线虫防微生物领域中食线虫真菌的研究，是该领域的全国学术带头人之一，曾在PNAS、JACS等杂志上发表SCI论文160余篇。获得国际科技进步二等奖、何梁何利科学技术创新奖等奖励。2013年曾被推选为中科院院士候选人。邹成钢教授为澳大利亚新英格兰大学博士毕业，曾在美国内布拉斯加大学林肯分校从事博士后研究，2004年至今为云南大学生物资源保护与利用重点实验室研究人员，曾经在JBC、Endocrinology、J Mol Med 、Biochemical Pharmacol等学术期刊发表论文。

先天免疫系统——抵抗微生物感染的第一道防线，在脊椎动物和无脊椎动物中是进化保守的。病原体感染引发的先天免疫系统激活，可对入侵微生物产生明确的抗菌反应。便于遗传学分析的模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans），有助于我们对动物先天免疫的了解。在过去的十年中，基于秀丽隐杆线虫的一些研究已经确定了各种各样参与先天免疫的信号通路，包括p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）PMK-1信号通路。p38 MAPK通路在对病原体的免疫反应中起着重要的作用，主要通过调节分泌抗菌药物的表达，包括C型凝集素、ShK毒素和CUB样基因。

在真核细胞中，内质网（ER）是大多数分泌和跨膜蛋白折叠、成熟的主要部位。进入ER的错误折叠蛋白质的负荷增加，可导致内质网应激。为了应对这种压力，细胞会触发一种信号转导系统，统称为未折叠蛋白反应（UPR）。UPR在酵母到人类之间是保守的，是一个完整的细胞内信号通路，将ER内腔与细胞质和细胞核联系起来。

越来越多的证据显示，在秀丽隐杆线虫中，先天性免疫是ER应激的一个生理相关来源。PMK-1信号通路是铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）感染诱发的UPR激活或人类病原体（如金黄色葡萄球菌和气单胞菌）产生的成孔毒素所必需的。然而，在这些过程中通过PMK-1激活UPR的分子机制仍不清楚。

MicroRNAs (miRNAs)——一类有22个核苷酸（nt）长的RNA分子，是后生动物基因表达的关键调节因子。在动物中，miRNAs通过与特定mRNAs的3′-非编码区 (3′UTR)碱基配对，来靶定这些mRNAs。miRNAs参与多种生物学过程，包括神经系统的模式、炎症和免疫、细胞死亡和增殖以及发育。自从两个miRNAs——lin-4和let-7被首次被确定为发育时间的调控因子以来，在秀丽隐杆线虫中已有超过175个miRNA基因被证实。

以前的研究已经表明， miRISC总活性或dcr-1、drsh-1和alg-1基因突变的减少，可增强线虫对病原菌铜绿假单胞菌PA14或苏云金杆菌DB27的抵抗力。因为这些基因是miRNA加工所必需的，因此这些结果表明，miRNA可能参与对致病菌的先天免疫反应。此外，有研究表明，mir-84(n4037)和mir-241(n4316)突变体表现出增强的抗性，而mir-48(n4097)突变线虫则表现出对铜绿假单胞菌感染的抵抗性降低。因此，不同的let-7 miRNA同系物在应对细菌感染的先天免疫反应中扮演着不同的角色。

在这项研究中，为了更好地了解miRNAs在先天免疫中的作用，研究人员利用小RNA深度测序和反向遗传学分析发现，在暴露铜绿假单胞菌PA14的秀丽隐杆线虫中，mir-233是UPR激活所必需的。铜绿假单胞菌感染能够以p38 MAPK依赖性的方式，上调mir-233的表达。定量蛋白质组学分析将SCA-1——sarco/内质网Ca2+-ATPase的线虫同系物，确定为mir-233的靶点。

在铜绿假单胞菌PA14感染期间，mir-233可抑制SCA-1的蛋白水平，这反过来又导致UPR的激活。而mir-233突变体对于铜绿假单胞菌感染更加敏感，敲除sca-1可导致对铜绿假单胞菌造成的杀伤产生更强的抵抗力。这项研究表明，micro-mRNA依赖性通路通过激活UPR，对先天免疫产生一定的影响。

（生物通：王英）

延伸阅读：Cell子刊：miRNA分子充当炎症的开关

生物通推荐原文摘要：
mir-233 Modulates the Unfolded Protein Response in C. elegans during Pseudomonas aeruginosa Infection
Abstract: The unfolded protein response (UPR), which is activated by perturbations of the endoplasmic reticulum homeostasis, has been shown to play an important role in innate immunity and inflammation. However, little is known about the molecular mechanisms underlying activation of the UPR during immune responses. Using small RNA deep sequencing and reverse genetic analysis, we show that the microRNA mir-233 is required for activation of the UPR in Caenorhabditis elegans exposed to Pseudomonas aeruginosa PA14. P. aeruginosa infection up-regulates the expression of mir-233 in a p38 MAPK-dependent manner. Quantitative proteomic analysis identifies SCA-1, a C. elegans homologue of the sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase, as a target of mir-233. During P. aeruginosa PA14 infection, mir-233 represses the protein levels of SCA-1, which in turn leads to activation of the UPR. Whereas mir-233 mutants are more sensitive to P. aeruginosa infection, knockdown of sca-1 leads to enhanced resistance to the killing by P. aeruginosa. Our study indicates that microRNA-dependent pathways may have an impact on innate immunity by activating the UPR.