近年來，蛋白質泛素化成為基因表達調控研究的熱點，泛素化在各類細胞信號通路中發揮重要的調節作用。泛素分子通常含有7種內部賴氨酸殘基，通過這些殘基可與其他泛素分子的甘氨酸C端相連產生分支，形成多聚泛素化修飾。

近年來又鑒定了一種新的多聚泛素鏈——線性泛素鏈，由兩個泛素N、C端首尾相接而成。已有研究鑒定線性泛素化是由線性泛素化復合體(LUBAC)作為泛素連接酶特異性誘導，該復合體由血紅素氧化IRP2泛素連接酶(HOIL-1L)、HOIL-1L互作蛋白(RNF31/HOIP)和SHANK相關域互作蛋白(SHARPIN)組成，同時去泛素化由線性連接特異的OTU去泛素化酶(OTULIN)介導。LUBAC/OTULIN廣泛參與NF-kB、IFN、NLRP3、TRIM25等天然免疫相關蛋白的調控，但是具體的機制還未知。

線性泛素化修飾的生物學功能研究主要集中在NF-κB介導的免疫反應和細胞死亡等相關通路中，已經鑒定的線性泛素化修飾的底物僅有NEMO、 IRF3、ASC和TRIM25幾個。近期，蘇州大學生物醫學研究院鄭慧教授團隊在Nature Communications雜志上發表了題為“Regulation of the linear ubiquitination of STAT1 controls antiviral interferon signaling” 的研究論文，鑒定了線性泛素化修飾的一個新的底物，并首次揭示了蛋白線性泛素化修飾對干擾素(IFN)抗病毒信號的關鍵調控機制。

鄭慧教授團隊經過近幾年的深入研究，發現信號轉導與轉錄激活因子1(STAT1)在靜息細胞中存在強烈的線性泛素化修飾，并通過一系列實驗證實了STAT1是一個新的線性泛素化修飾的蛋白底物。

研究人員在細胞中觀察到內源性STAT1具有依賴于HOIP的強泛素化修飾，敲低HOIP將導致顯著抑制內源和外源STAT1的線性泛素化。敲除細胞HOIP敲除細胞，發現細胞內STAT1完全無法線性泛素化。

接著，研究人員試圖探究線性泛素化的生物學意義，實驗表明線性泛素化對STAT1介導的天然免疫起到限制作用,線性泛素化起到維持IFN信號穩態的作用。

研究人員進而分析STAT1對IFN下游信號的具體調控機制，鑒定出了STAT1的7個賴氨酸泛素化位點，通過氨基酸突變實驗證實Lys511、Lys652為線性泛素化位點，能夠抑制IFN抗病毒應答。

研究人員發現LUBAC可以在STAT1磷酸化之前誘導STAT1線性泛素化。利用敲低、過表達、突變實驗直接證明了STAT1線性泛素化可以直接抑制JAK1誘導的STAT1激活，還證明了STAT1在Lys511和Lys652上的線性泛素化阻斷了其與IFNAR2的相互作用。為了探究IFN如何激活STAT1，IFN誘導磷酸化的STAT1沒有線性泛素化，因此研究人員推測IFN誘導能夠除去STAT1線性泛素化。根據這種推測，IFNα和IFNβ處理均以時間依賴性方式誘導STAT1快速去線性泛素化。此外，OTULIN對IFN-I信號傳導中STAT1線性泛素化的可能影響。過表達或敲除OTULIN顯著影響了線性泛素化，外加IFN可增強OUTLIN與STAT1的結合，說明IFN激活STAT1由OTULIN介導。基于之前的結論，過表達或敲除實驗也證明OTULIN增強STAT1與IFNAR2結合。

研究人員還探究了該機制在抗病毒中的作用。利用仙臺病毒(SeV)、水皰性口炎病毒(VSV)侵染細胞，發現在感染較長時間后病毒誘導HOIP表達升高，并促進HOIP與STAT1結合，促進線性泛素化，負調節IFN信號通路。說明線性泛素化與磷酸化共同參與抗病毒應答。

研究人員進一步探討了線性泛素化對宿主IFN-1信號傳導和體內抗病毒活性的影響。HOIP或HOIL-1L的完全敲除具有致死性，因此，HOIL-1L雜合(Rbck1 +/-，賽業生物構建)小鼠已被廣泛用作有效的線性泛素化缺陷模型。研究人員發現HOIL-1L雜合小鼠具有更強的IFN應答，STAT1高度活化，病毒顯著減少。嵌合小鼠模型表明突變泛素化位點增強抗病毒反應。因此線性泛素化對調節天然免疫與抗病反應發揮重要作用。

在該研究中，鄭慧教授團隊鑒定了STAT1作為蛋白質線性泛素化修飾的一個新的底物，揭示了線性泛素化修飾的另一個調控機制：線性泛素化修飾抑制轉錄因子與其上游信號的相互作用。該研究表明，STAT1線性泛素化修飾阻止了轉錄因子STAT1與IFN受體IFNAR2的結合，從而抑制了STAT1的磷酸化和活化，維持了細胞內IFN信號的穩態。這種對轉錄因子的內在負調控不同于NF-κB的抑制——轉錄因子NF-κB在細胞中存在一個內在負調控因子IκB蛋白，而STAT1并未發現這樣一個內在負調控蛋白，為經典的干擾素途徑提供了更加完整的框架，而且靶向LUBAC可能提高基于干擾素的抗病毒治療效果。

原文檢索：

Regulation of the linear ubiquitination of STAT1 controls antiviral interferon signaling

DOI: 10.1038/s41467-020-14948-z