cGAS（cGMP-AMP合成酶）是细胞质中主要的DNA感受器，在被DNA激活后能够催化ATP和GTP生成2'3'-cGAMP，然后通过2'3'-cGAMP与STING的结合来激活下游IRF3和NF-κB的信号通路，从而启动先天免疫反应，达到抗病毒和抗肿瘤的作用。因此cGAS的过度活化或失活都会引起一些疾病，所以细胞需要通过多种分子机制对cGAS的活性进行精密的调控。

近日，蒋洪课题组利用TurboID-cGAS邻近标记方法，鉴定到去泛素化酶OTUD3能通过去掉cGAS上多聚泛素化修饰来提高细胞的天然免疫响应和抗DNA 病毒能力。这一研究成果于北京时间2023年3月25日发表在国际学术期刊Cell Reports上。

作者首先在HeLa细胞中利用TurboID-cGAS 融合蛋白，分别在静息和DNA 刺激条件下，对cGAS周围的蛋白进行生物素化标记，之后用链霉亲和素树脂富集细胞裂解液中带有生物素化标记的蛋白，并通过质谱来鉴定。经过筛选，去泛素化酶OTUD3（OTU domain-containing protein 3）被验证出现在细胞质cGAS-DNA 形成的复合物中。接着通过内源性以及体外免疫共沉淀方法，作者证明了cGAS 和OTUD3 能直接相互作用，并且DNA 的存在会增强它们之间的相互作用。进一步的分子机制研究表明OTUD3 是通过去掉cGAS 上的多种泛素化修饰来增加cGAS蛋白稳定性和酶活，从而提高2'3'-cGAMP 的产量。最后，作者通过细胞HSV-1病毒感染实验证实了OTUD3正向调控细胞抗DNA病毒的天然免疫能力。

有意思的是，在探究DNA为什么能增强OTUD3和cGAS的相互作用时，作者发现OTUD3的N端和C段分别带有一个富有正电荷的肽段，其决定了OTUD3能直接和DNA结合，这是不同于经典的DNA binding motif介导的蛋白-DNA相互作用。正是由于OTUD3与DNA的直接结合，OTUD3能被招募到细胞质中的DNA复合物中，这是区别于其它去泛素酶的显著特点，也暗示着OTUD3可能会对细胞质DNA复合物中的其它蛋白进行去泛素修饰及功能的调控。

中科院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心蒋洪课题组的博士生吕恒为该论文的第一作者，蒋洪研究员为该论文的通讯作者。这项研究受到了国家自然科学基金、上海自然科学基金和上海市科技重大专项基金的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112309