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能否区分自身和外来物质对于细胞识别和应答病原体十分关键。对于正常哺乳细胞中，DNA在细胞质中十分稀少。如果细胞面对基因毒性压力或者病毒入侵，细胞中DNA含量则会上升，cGAS作为一种细胞质DNA识别蛋白，从而得以激活，引发下游干扰素和炎症因子的上调。由于cGAS没有跨膜域的存在，因此研究人员大都认为cGAS分布在细胞质中，通过扩散作用发现并结合DNA。本文作者通过系统性研究，指出cGAS与磷酸肌醇（PI(4,5)P2）静电相互作用，使其定位于细胞质膜，从而可以区分自身和病毒DNA。 首先，作者使用亚细胞分离技术检测各部分中cGAS含量。在加入核酸酶后，cGAS主要位于膜蛋白组分中，若不加核酸酶时，则位于细胞质组分中，表明DNA的存在会导致cGAS分布的改变。作者在细胞中表达C端血球凝集素（HA）连接的cGAS，并使用免疫荧光成像，发现cGAS主要分布在细胞质膜上。
接下来，作者使用缺失突变的方法（Deletion analysis）发现，cGAS的N端区域是重要的膜定位区域。使用免疫荧光成像的方法，可以发现，cGAS ΔN蛋白分布在细胞质和细胞核中，而cGAS N则分布在细胞质膜上。
那么，cGAS是通过什么方式定位于细胞膜上呢？作者将10种脊椎动物的cGAS的N端区域序列对比发现，尽管它们的序列保守性较弱，但是存在一个显著的特点：它们都带有较高的正电荷。该特点与TIRAP和TRAM蛋白类似，它们通过与磷酸肌醇（PIP）的静电相互作用而定位于细胞膜上。因此作者猜测cGAS的定位机制与之类似。首先作者通过将重组的cGAS与各种脂质孵育，使用Far Western Blot技术发现cGAS主要与磷酸肌醇结合，并通过荧光脂质体牵出实验，发现cGAS与磷酸肌醇中PI(4,5)P2的结合能力最强。 接着，作者通过分析比较，发现64到75位间的两个精氨酸是高度电荷保守，因此作者猜测cGAS与磷酸肌醇的相互作用基于静电作用。为验证该猜想，作者将精氨酸突变成带负电荷的谷氨酸（cGAS R71/75E），荧光结合实验表明突变体与PI(4,5)P2的结合能力显著降低，并且免疫荧光成像发现突变体主要分布在细胞质和细胞核中。 最后作者探究cGAS定位对于其功能的影响。相对于正常cGAS，表达cGAS ΔN会导致正常状态时下游干扰素IFNB1的表达量明显上升。当使用过氧化氢破坏细胞核DNA、增加基因毒性压力时，cGAS ΔN对此更加敏感。但是，当使用MVA病毒感染时，反而是正常cGAS的反应更加快速。 基于以上发现，作者提出了一个统一的模型：cGAS通过与PI(4,5)P2静电结合定位于细胞质膜上，从而远离自身DNA，避免异常激活。当有外源DNA进入细胞时，cGAS会首先与其结合，激活下游抵御机制，从而实现自身和外源DNA的区分。
作者：YS |
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