10月24日,應北京大學「大學堂」頂尖學者講學計劃邀請,2019年度美國生命科學突破獎得主陳志堅教授來訪北大並發表學術演講。本次活動由北京大學生物醫學前沿創新中心(BIOPIC)、北京大學國際合作部共同舉辦,北京大學教育基金會協辦,光華教育基金會提供資助。
活動現場
上午10時,陳志堅在北京大學國際關係學院秋林報告廳作了題為「DNA的黑暗面——DNA如何觸發免疫防禦和自身免疫疾病」的學術報告。報告由BIOPIC中心主任謝曉亮教授主持,近400名校內外師生參加了此次講座。報告開始前,謝曉亮向在座的師生介紹了陳志堅的學術成就和研究經歷。謝曉亮毫不諱言:「陳志堅教授是國人最高智力水平的代表之一,他的成就標誌著華人生物學家渴望企及的巔峰。」
謝曉亮主持講座
陳志堅指出,DNA是絕大多數生物的遺傳物質,對生物的意義是不言而喻的,但DNA也有它的黑暗面——誘發天然免疫反應。然而,細胞是如何感知和識別因自身病變或外源侵染而進入細胞質的DNA的,是長期困擾科研界的難題。
陳志堅首先回顧了其課題組對於細胞內的DNA感受器(sensor)——cGAS的發現史。DNA能夠激活天然免疫反應是免疫學領域的共識,但多年來卻一直沒能發現細胞內的DNA感受器。2013年,陳志堅課題組通過經典的生物化學和質譜手段,證明環化GMP-AMP(cyclic GMP-AMP, cGAMP)能夠導致IRF3的二聚化激活進而誘導天然免疫反應,並進一步鑑定發現了STING-IRF3上遊的cGAMP環化酶cGAS,並證實cGAS就是細胞質內識別DNA的感受器,解決了困擾學界多年的難題,一舉打開了DNA誘導免疫反應研究領域的大門。
陳志堅進而解釋了cGAS、cGAMP在天然免疫及人類疾病發生和治療中的重要作用。陳志堅指出,cGAS不僅在哺乳動物天然免疫調控中具有重要的作用,其同源蛋白也是細菌抵抗噬菌體入侵的重要分子,這種進化上的保守性也表明cGAS在天然免疫調控中具有重要而廣泛的作用。同時,cGAS對細胞自身DNA的錯誤識別也是神經退行性疾病和自身免疫疾病發生的誘因之一,這使得cGAS具有成為自身免疫病AGS(Aicardi-Goutieressyndrome)治療靶點的潛力。另一方面,cGAS-STING可以通過激活CD8+ T細胞的生發,參與到對腫瘤的細胞免疫過程中,從而增強PD-L1介導的腫瘤免疫治療。而STING的底物2',3'-cGAMP由於其分子量小、與STING結合特異性極高、Kd值低等特性,非常有潛力能夠作為小分子藥物參與腫瘤的臨床治療。
陳志堅發表演講
回到對cGAS機制研究的探討,陳志堅從結構生物學和生物化學角度詳細闡述了cGAS-STING的激活機制。cGAMP結合STING後,導致STING配體結合結構域(ligandbinding domain, LBD)產生180°的旋轉,導致STING二聚化和進一步寡聚化,寡聚化的STING C-terminal招募TBK1和IRF3,進而導致TBK1對IRF3的磷酸化激活,最終啟動天然免疫反應。也正因為如此,STING的突變是自身免疫疾病發生的誘因。這使得cGAS抑制劑可能成為對自身免疫疾病進行臨床幹預的潛在藥物。
關於該領域亟待解決的問題和未來的研究方向,陳志堅認為,DNA誘導的天然免疫未來的研究重點仍是進一步剖析其詳細的激活機制,闡述關鍵節點的作用機制細節。另一方面,cGAS-STING如何實現不被細胞自身DNA激活也是重要的研究議題,例如在有絲分裂過程中裸露的基因組DNA並不會導致cGAS-STING的激活。陳志堅也再次強調,基礎研究應當與疾病研究相聯繫,對cGAS-STING信號通路的闡釋不僅具有重要的理論研究價值,也能為自身免疫疾病、神經退行性疾病和腫瘤的藥物開發和臨床幹預提供依據。
這場高水平的學術報告引起了觀眾的熱烈反響。大家爭相提問,積極討論。陳志堅不僅回答了大量專業的學術問題,也就實驗室管理、研究生涯規劃、課題思路設計、如何面對研究中的挫折等多方面問題給出了自己的建議。
主講人介紹:
陳志堅,美國霍華德休斯醫學研究所(HHMI)的研究員,美國德克薩斯大學西南醫學中心分子生物學系教授、炎症研究中心主任和喬治·L·麥格雷戈生物醫學科學傑出講席教授。1981年考入福建師範大學。1985年本科畢業,考取福建師範大學生物化學專業碩士研究生。1986年考取美國紐約州立大學,攻讀博士學位。1991年獲得博士學位後到美國聖地牙哥的索爾克研究所(Salk Institute)從事博士後研究。1997年在美國德克薩斯大學西南醫學中心工作,先後擔任分子生物學系助理教授、副教授、終身教授。2014年當選美國國家科學院院士。
陳志堅是天然免疫領域的開拓者之一,也是cGAS、cGAMP、MAVS等重要天然免疫分子的發現者。在他的研究生涯中,他曾發現用於治療多發性骨髓瘤的蛋白酶體抑制劑VELCADE;發現泛素化修飾對天然免疫通路的調控機制,並證明該過程不依賴於經典的蛋白酶體降解途徑;發現位於線粒體外膜上的抵禦RNA病毒的重要天然免疫分子MAVS,揭示了線粒體在天然免疫中的新作用;破解了DNA免疫識別的百年謎題,發現了可以識別因自身病變或外源侵染而進入細胞質的DNA的「探測器「——環GMP-AMP合成酶(cGAS)及其下遊信號分子cGAMP。
陳志堅曾多次獲得國際大獎,其中就包括2018年度生物醫學盧裡獎(The Lurie Prize in Biomedical Sciences)和2019年度生命科學突破獎(2019 Breakthrough Prize inLife Sciences)