清華新聞網4月3日電 環(huán)狀GMP-AMP合成酶（cGAS）在cGAS-STING通路中發(fā)揮著關鍵作用,，它是一種DNA傳感器，可與dsDNA結合,，隨后誘導I型干擾素的表達,，因而在先天性免疫反應中扮演著重要角色。細胞內cGAS的失調與一系列疾病密切相關,，針對cGAS活性調控機制的研究有利于開發(fā)新的cGAS相分離和活性調控策略,。目前已發(fā)現(xiàn)幾種人類和病毒蛋白可增強或抑制cGAS的活性。然而,，由于缺乏對輔助蛋白與cGAS,、dsDNA相互作用的定量分析，這些蛋白發(fā)揮調控時的分子相互作用邏輯仍不明確,。
4月2日,，清華大學生命學院和北京生物結構前沿研究中心陳春來課題組在《通訊·生物學》（Communications Biology）雜志發(fā)表題為“基于機制設計的化學和光誘導cGAS激活方法”（Rational design of chemical- and light-induciblecGASactivation based on mechanistic insights）。研究利用高靈敏度的雙色熒光互相關光譜（dcFCCS）定量分析方法,，系統(tǒng)地檢測了cGAS,、dsDNA和幾種輔助蛋白之間的親和力和相分離能力，在此基礎上揭示了輔助蛋白調節(jié)cGAS相分離的分子相互作用邏輯,，從而指導開發(fā)了一種化學誘導策略和一種光誘導策略,，得以可控調節(jié)試管和活細胞中的cGAS相分離和免疫信號。
蛋白G3BP1和PCBP1能夠促進cGAS的相分離并增強其活性,，而病毒外殼蛋白來源的蛋白ORF9,、ORF52及VP22則具有抑制作用。dcFCCS的定量表征揭示,，發(fā)揮抑制作用的輔助蛋白顯著降低了凝集物的水合半徑,，提高了相分離臨界濃度；而發(fā)揮促進作用的輔助蛋白增大了凝集物的水合半徑,，降低了相分離臨界濃度,。進一步實驗表明，兩類蛋白與cGAS親和力存在顯著差異,。促進蛋白與cGAS和dsDNA均可以發(fā)生較穩(wěn)定的相互作用,，從而促進三元相分離的發(fā)生，提高低濃度下cGAS的活性,；抑制蛋白與dsDNA結合較強,，而與cGAS結合較弱,，因而得以阻礙cGAS與dsDNA的結合、相分離從而抑制cGAS的激活,。
圖1.輔助蛋白調控cGAS相分離分子機制
基于研究揭示的分子相互作用邏輯,，研究人員提出通過可控調節(jié)蛋白與cGAS的相互作用力的強弱實現(xiàn)對cGAS相分離和激活的調節(jié)?；瘜W小分子雷帕霉素可以誘導蛋白結構域FKBP與FRB的相互作用,。基于這一化學誘導手段,，利用雷帕霉素調控FKBP-抑制蛋白與cGAS-FRB的親和力,，使cGAS在2分鐘內重新形成液滴狀結構。同時,，該誘導系統(tǒng)成功在5至15分鐘內迅速在活細胞內誘導cGAS相分離,，并顯著增強其活性。
圖2.化學誘導的cGAS相分離調控
光控誘導往往比化學誘導具有更高的空間可控性,。研究人員利用藍光照射促使pMag-nMagHigh1二聚化,，從而增強nMagHigh1-抑制蛋白與cGAS-pMag的親和力，誘導cGAS快速相分離,。在活細胞中，該光控分子開關可逆地調控cGAS相分離,，藍光終止后,，cGAS凝集體逐漸解離。
圖3.光誘導的cGAS相分離調控
研究中開發(fā)的化學誘導和光誘導系統(tǒng)對分子間相互作用的價位影響極小,，為研究cGAS相分離及其免疫調控功能提供了高時空精度的工具,。同時，本研究開發(fā)的調控系統(tǒng)能夠同時影響cGAS,，輔助蛋白以及DNA三者的相分離,，為操縱多組分相分離系統(tǒng)的調控提供指導。
清華大學生命學院副教授陳春來為論文通訊作者,，清華大學生命學院2020級博士生湯伊婷為論文第一作者,。研究得到國家自然科學基金委員會、國家自然科學基金委員會與香港研究資助局聯(lián)合科研資助基金,、國家重點研發(fā)計劃,、北京市生物結構前沿研究中心、膜生物學國家重點實驗室的經費支持,。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s42003-025-07892-5
供稿：生命學院
編輯：李華山
審核：郭玲
