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ZBP1 和 cGAS 对线粒体 DNA 的合作感应促进心脏毒性。

Cooperative sensing of mitochondrial DNA by ZBP1 and cGAS promotes cardiotoxicity.

机构信息

Department of Microbial Pathogenesis and Immunology, School of Medicine, Texas A&M University, Bryan, TX 77807, USA.

Department of Biochemistry and Biophysics, Texas A&M University, College Station, TX 77843, USA.

出版信息

Cell. 2023 Jul 6;186(14):3013-3032.e22. doi: 10.1016/j.cell.2023.05.039. Epub 2023 Jun 22.

Abstract

Mitochondrial DNA (mtDNA) is a potent agonist of the innate immune system; however, the exact immunostimulatory features of mtDNA and the kinetics of detection by cytosolic nucleic acid sensors remain poorly defined. Here, we show that mitochondrial genome instability promotes Z-form DNA accumulation. Z-DNA binding protein 1 (ZBP1) stabilizes Z-form mtDNA and nucleates a cytosolic complex containing cGAS, RIPK1, and RIPK3 to sustain STAT1 phosphorylation and type I interferon (IFN-I) signaling. Elevated Z-form mtDNA, ZBP1 expression, and IFN-I signaling are observed in cardiomyocytes after exposure to Doxorubicin, a first-line chemotherapeutic agent that induces frequent cardiotoxicity in cancer patients. Strikingly, mice lacking ZBP1 or IFN-I signaling are protected from Doxorubicin-induced cardiotoxicity. Our findings reveal ZBP1 as a cooperative partner for cGAS that sustains IFN-I responses to mitochondrial genome instability and highlight ZBP1 as a potential target in heart failure and other disorders where mtDNA stress contributes to interferon-related pathology.

摘要

线粒体 DNA(mtDNA)是先天免疫系统的有效激动剂;然而,mtDNA 的确切免疫刺激特征以及细胞质核酸传感器的检测动力学仍未得到明确界定。在这里,我们表明线粒体基因组不稳定性会促进 Z 型 DNA 的积累。Z 型 DNA 结合蛋白 1(ZBP1)稳定 Z 型 mtDNA,并引发包含 cGAS、RIPK1 和 RIPK3 的细胞质复合物,以维持 STAT1 磷酸化和 I 型干扰素(IFN-I)信号转导。在暴露于多柔比星(一种一线化疗药物,可导致癌症患者频繁发生心脏毒性)后,心肌细胞中可观察到 Z 型 mtDNA、ZBP1 表达和 IFN-I 信号的升高。引人注目的是,缺乏 ZBP1 或 IFN-I 信号的小鼠可免受多柔比星诱导的心脏毒性。我们的研究结果揭示了 ZBP1 作为 cGAS 的协作伙伴,可维持 IFN-I 对线粒体基因组不稳定性的反应,并强调 ZBP1 作为心力衰竭和其他疾病的潜在靶点的重要性,在这些疾病中,mtDNA 应激会导致干扰素相关的病理学。

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