在病毒感染与复制的过程中，胞浆中产生大量的病毒核酸（如DNA，RNA或RNA-DNA复合物）。胞浆内的DNA感受器cGAS识别病毒DNA或RNA-DNA复合物，将ATP与GTP合成2’-3’-cGAMP，cGAMP作为第二信使与接头蛋白STING/MITA结合，促进其寡聚化，激活一系列的信号级联反应，诱导I型干扰素等下游基因的表达，产生抗病毒免疫应答。此外，宿主编码的DNA酶如TREX1或DNase II发生突变或者在肿瘤放疗或化疗过程中导致细胞核DNA释放至胞浆并在胞浆中累积，激活cGAS-STING信号通路，导致严重的炎症反应。因此，了解cGAS的活化与稳态调控机制对于理解抗病毒免疫应答以及炎症反应有着重要的意义。
2020年5月26日，武汉大学钟波教授课题组在Cell Research杂志上在线发表了题为“USP29 maintains the stability of cGAS and promotes cellular antiviral responses and autoimmunity”的研究论文。该团队发现USP29通过与cGAS持续性相互作用，去除cGAS上K48链接的泛素化修饰，抑制其通过蛋白酶体途径降解，进而促进抗病毒免疫应答以及TREX1敲除导致的自身免疫。
该团队首先发现放线菌酮处理THP-1细胞导致cGAS迅速降解，而MG132处理能完全抑制该过程，并促进cGAS及其泛素化在细胞中的累积，表明在静息状态下cGAS受到实时动态的泛素化与去泛素化修饰的调控。随后该团队筛选了与cGAS相互作用的去泛素化酶，发现USP29与cGAS持续相互作用。在人细胞系中敲低USP29或者在小鼠原代细胞中敲除USP29显著抑制HSV-1感染或胞浆DNA转染诱导IRF3以及NF-kB的活化，抑制I型干扰素等细胞因子的表达，促进HSV-1的复制。与野生型小鼠相比，USP29缺陷型小鼠对致死性的HSV-1的感染更加易感，死亡时间更早，死亡率更高，外周血中干扰素等细胞因子表达水平显著降低。
进一步研究结果表明，USP29去除cGAS上K271位K48链接类型的泛素链，阻止cGAS通过蛋白酶体途径降解，维持cGAS的蛋白水平。在USP29敲除的小鼠原代细胞或小鼠器官中，cGAS的蛋白水平显著降低，半衰期缩短，转染DNA后产生的cGAMP水平显著降低。在USP29敲除细胞中回补cGAS能完全回复HSV-1感染诱导的下游基因的表达，促进转染DNA后cGAMP的产生，抑制HSV-1的复制。有趣的是，在人细胞系THP-1中敲低USP29或在小鼠细胞或器官中敲除USP29并不影响cGAS mRNA的表达水平，表明USP29通过调控cGAS蛋白水平的稳态进而调控抗病毒免疫应答。
最后，该团队研究了USP29对TREX1敲除导致的炎症反应与自身免疫的调控功能。具体来说，该团队制备了Trex1-/-小鼠，并获得了TREX1/USP29双敲除小鼠，发现敲除USP29能挽救Trex1缺陷导致的致死性自身免疫表型，抑制脾脏GCB细胞的分化以及T细胞的活化、肺以及心脏免疫细胞的浸润以及外周血中炎性细胞因子与总IgG的表达。这些结果表明USP29通过调控cGAS蛋白水平促进炎症反应与自身免疫，暗示USP29可作为一个潜在的治疗某些自身免疫性疾病的靶标。
据悉，钟波实验室博士研究生张强为该论文的第一作者。本文也是近三年来钟波教授课题组的研究成果第三次登上Cell Research杂志（此前的两篇Cell Research论文：Liuyu T, Yu K, Ye L, Zhang Z, Zhang M, Ren Y, Cai Z, Zhu Q, Lin D, Zhong B*, Induction of OTUD4 by viral infection promotes antiviral responses through deubiquitinating and stabilizing MAVS. Cell Res, 2019, 29(1):67-79.；Zhang M#, Zhang MX#, Zhang Q, Zhu GF, Yuan L, Zhang DE, Zhu QY, Yao J, Shu HB, Zhong B*. USP18 recruits USP20 to promote innate antiviral response through deubiquitinating STING/MITA. Cell Res. 2016, 26(12): 1302-1319.）。
