免疫学研究领域的专业期刊《Journal of Immunology》1月26日在线发表了生物物理研究所唐宏研究员课题组的最新研究成果“TANK-Binding Kinase 1 Attenuates PTAP-Dependent Retroviral Budding through Targeting Endosomal Sorting Complex Required for Transport-I”，阐述了天然免疫反应中的重要信号分子TBK1如何控制HIV-1复制的新机制。

当病毒侵入机体时，天然免疫细胞立即启动识别病毒和激活抗病毒反应，产生抗病毒功能分子，如干扰素（IFN）、炎性细胞因子等。其中，干扰素通过诱导产生上百种功能因子实现抗病毒作用。因此，宿主细胞干扰素的诱导产生及其后续信号传导机制既是机体抗病毒的第一道防线，更是免疫学研究的核心内容之一。TBK1激酶在RNA病毒感染并诱导细胞产生IFN的信号通路中发挥着不可或缺的作用。除了调节干扰素与细胞因子等抗感染机制外，近几年的研究还表明，TBK1还以不同的方式调节抗病原微生物感染的内源性免疫反应(intrinsic immunity)，例如，TBK1可通过调节巨噬细胞的吞噬囊泡膜上蛋白表达，防止被吞噬的细菌繁殖并感染其它细胞。生物物理所唐宏课题组最新的研究结果首次证明，TBK1与胞内负责蛋白质运输的多囊泡小体(MVB)结合，并严格控制着免疫缺陷病毒（HIV-1）的成熟和释放到细胞外的出芽过程(budding)。因此，在抗病毒过程中，TBK1不仅可行使激活干扰素的功能，可能还通过控制病毒复制本身，来实现抗感染的分子功能。

早前的研究表明，逆转录病毒（典型的包括HIV-1，小鼠白血病病毒MLV，马传贫病毒 EIAV）复制周期的最后步骤称为出芽，即病毒的核酸和蛋白组装成病毒颗粒并经过细胞膜的释放到细胞外。逆转录病毒出芽需要“绑架”宿主细胞的MVB系统，利用其蛋白质转运的功能，将病毒颗粒运送出细胞。而病毒为了能开启这个“后门”，随身也佩戴了“钥匙”，(例如HIV-1利用其p6蛋白的PTAP基序，MLV利用其p12的PPPY基序， EIAV利用其p9的YPDL基序等)，打开MVB中所谓的运输必需内涵体分选复合物（ESCRT）这把“锁”，安全“出境”。在唐宏研究员指导下，研究生达琦和杨选明博士发现，HIV-1 出芽过程中，PTAP“钥匙”要打开的其中一把“锁”是ESCRT-I复合体，其“锁芯”除了之前人们发现的Tsg101，MVB12和VPS37C等蛋白组成的“珠簧”外，还有TBK1。这是个令人惊愕和费解的发现，但他们花了近5年时间终于搞清楚TBK1这个“锁簧”是如何工作的。首先，位于ESCRT-I复合物中的TBK1并不影响MVB的超微结构和MVB的正常生理功能，但TBK1的多寡及其激酶活性的高低与HIV-1出芽速度成反比。更有意思的是，TBK1这种对病毒出芽的调节功能只针对携带PTAP这把钥匙的HIV-1病毒，因为MLV，EIAV均不受TBK1的控制。更重要的是，TBK1对HIV-1出芽速度的控制，并不依赖于其激活干扰素等抗病毒信号通路，而是通过特异地磷酸化VPS37C实现的。因此，这项研究揭示了天然免疫调控激酶TBK1在抗病毒过程中的一个全新功能，即除了产生干扰素之外，TBK1还可能直接参与到病毒复制周期中。

该成果还提出许多基础研究与临床治疗关心的问题，例如在HIV-1感染的细胞中，位于ESCRT-I复合物中的TBK1激酶活性是如何被启动的，人们如何利用TBK1在ESCRT中的抑制活性，实现或者辅助抗病毒治疗等。

该项研究还得到了生物物理所高光侠研究员，UCLA的程根宏教授，North Carolina大学的苏立山教授的合作支持。项目受基金委、中科院和科技部的经费资助。

图注：HIV-1通过其Gag蛋白的PTAP基序进入细胞的蛋白质转运系统ESCRT-I复合体，经由ESCRT-II/III复合体逐步与细胞膜融合并释放到细胞外，完成其复制周期并开始感染下一个细胞。出人意料的是，作为抗病毒干扰素信号通路上关键的激酶TBK1，还是ESCRT-I复合体的一个功能亚基，并可能通过磷酸化Vps37C而控制HIV-1病毒颗粒释放到细胞外的速度。

原文出处：

The Journal of Immunology  doi: 10.4049/jimmunol.1000262

TANK-Binding Kinase 1 Attenuates PTAP-Dependent Retroviral Budding through Targeting Endosomal Sorting Complex Required for Transport-I

Qi Da*?,1, Xuanming Yang*?,1, Youli Xu*, Guangxia Gao*, Genhong Cheng*? and Hong Tang*

Abstract

Retroviruses need to bud from producer cells to spread infection. To facilitate its budding, some virus hijacks the multivesicular body (MVB) pathway that is normally used to cargo and degrade ubiquitylated cellular proteins, through interaction between the late domain of Gag polyproteins and the components of MVB machinery. In this study, we demonstrated that TANK-binding kinase 1 (TBK1) directly interacted with VPS37C, a subunit of endosomal sorting complex required for transport-I (ESCRT-I) in the MVB pathway, without affecting the ultrastructure or general function of MVB. Interestingly, overexpression of TBK1 attenuated, whereas short hairpin RNA interference of TBK1 enhanced HIV-1 pseudovirus release from Vero cells in type I IFN (IFN-I)-independent manner. Down-regulation of TBK1 by short hairpin RNA in TZM-bl cells also enhanced live HIV-1 NL4-3 or JR-CSF virus budding without involvement of IFN-I induction. Furthermore, infection of TBK1-deficient mouse embryonic fibroblast cells with a chimeric murine leukemia virus/p6, whose PPPY motif was replaced by PTAP motif of HIV-1, showed that lack of TBK1 significantly enhanced PTAP-dependent, but not PPPY-dependent retrovirus budding. Finally, phosphorylation of VPS37C by TBK1 might regulate the viral budding efficiency, because overexpression of the kinase-inactive mutant of TBK1 (TBK1-K38A) in Vero cells accelerated HIV-1 pseudovirus budding. Therefore, through tethering to VPS37C of the ESCRT-I complex, TBK1 controlled the speed of PTAP-dependent retroviral budding through phosphorylation of VPS37C, which would serve as a novel mechanism of host cell defense independent of IFN-I signaling.