HIV-1 Nefは、BECN1とその阻害剤BCL2との関連性をPRKN依存的に高めることで、オートファジー制限を打ち消す

HIV-1 Nef counteracts autophagy restriction by enhancing the association between BECN1 and its inhibitor BCL2 in a PRKN-dependent manner.

• Sergio Castro-Gonzalez
• Yuhang Shi
• Marta Colomer-Lluch
• Ying Song
• Kaitlyn Mowery
• Sharilyn Almodovar
• Anju Bansal
• Frank Kirchhoff
• Konstantin Sparrer
• Chengyu Liang
• Ruth Serra-Moreno

抄録

マクロオートファジー/オートファジーは、ストレスに反応して活性化され、リソソーム分解のために貨物を標的とする自己消化性の生存促進経路である。近年、オートファジーは、ウイルスやウイルス成分を標的にして排除するなど、複数のプロセスを経て、生得的な抗ウイルス防御機構として顕著になってきています。これらの刺激的な知見は、オートファジーがHIVを制限する能力についての研究を後押ししてきた。しかし、HIV感染におけるオートファジーの役割は依然として不明である。オートファジーがHIVにとって有害であることを示す報告もあれば、HIVが感染力を高めるために意図的にこの経路を活性化していると主張する報告もある。さらに、これらの対照的な知見は、調査した細胞の種類によって異なるようである。ここでは、オートファジーがHIVの複製に障害となり、ウイルスの産生を大幅に減少させることを示している。しかし、HIV-1はその付属タンパク質Nefを用いてこの制限に対抗している。これまでの研究では、Nefはオートファゴソームとリソソームの融合を阻害することでオートファジーの成熟に影響を与えることが示されていたが、ここでは、Nefがオートファジーの成熟に影響を与えることを明らかにした。今回、我々は、NefがBECN1とその阻害剤であるBCL2との関連性を高めることでオートファジーの開始をさらに阻害し、その活性が細胞内E3リガーゼPRKNに依存していることを明らかにした。驚くべきことに、Nefのオートファジー阻害作用は、パンデミックHIV-1とその前駆体であるSIVのチンパンジー感染では、HIV-2とその前駆体であるSIVのスースーマンガベイ感染でよりも頻繁に観察された。以上のことから、HIV-1はオートファジー制限を受けやすく、Nefはこの抗ウイルスプロセスの主要なオートファジーアンタゴニストであることが明らかになった。3-MA：3-メチルアデニン；ACTB：アクチン、β；ATG16L1：オートファジー関連16様1；BCL2：bcl2アポトーシスレギュレーター；BECN1：ベクリン1；cDNA：相補的DNA；EGFP：エンハンストグリーン蛍光タンパク質；ER：小胞体；Gag/p55：群特異的抗原；GFP.緑色蛍光タンパク質；ＧＳＴ：グルタチオンＳトランスフェラーゼ；ＨＡ：ヘマグルチニン；ＨＩＶ：ヒト免疫不全ウイルス；ＩＰ：免疫沈降；ＭＡＰ１ＬＣ３Ｂ／ＬＣ３Ｂ：微小管関連タンパク質１軽鎖３β；Ｎｅｆ：陰性因子；ＰＲＫＮ：パーキンＲＢＲ Ｅ３ユビキチンリガーゼ；ＰｔｄＩｎｓ３Ｋ．ホスファチジルイノシトール3キナーゼ；PtdIns3P：ホスファチジルイノシトール3リン酸塩；PTM：翻訳後修飾；RT-qPCR：定量的PCRによる逆転写；RUBCN：ルビコンオートファジーレギュレーター；SEM：平均値の標準誤差；SERINC3.SERINC3: serine incorporator 3; SERINC5: serine incorporator 5; SIV: simian immunodeficiency virus; SQSTM1/p62: sequestosome 1; TFEB: transcription factor EB; UVRAG: 紫外線抵抗性関連遺伝子; VSV: 小水疱性口内炎ウイルス; ZFYVE1/DFCP1: zinc finger FYVE-type containing 1.

Macroautophagy/autophagy is an auto-digestive pro-survival pathway activated in response to stress to target cargo for lysosomal degradation. In recent years, autophagy has become prominent as an innate antiviral defense mechanism through multiple processes, such as targeting virions and viral components for elimination. These exciting findings have encouraged studies on the ability of autophagy to restrict HIV. However, the role of autophagy in HIV infection remains unclear. Whereas some reports indicate that autophagy is detrimental for HIV, others have claimed that HIV deliberately activates this pathway to increase its infectivity. Moreover, these contrasting findings seem to depend on the cell type investigated. Here, we show that autophagy poses a hurdle for HIV replication, significantly reducing virion production. However, HIV-1 uses its accessory protein Nef to counteract this restriction. Previous studies have indicated that Nef affects autophagy maturation by preventing the fusion between autophagosomes and lysosomes. Here, we uncover that Nef additionally blocks autophagy initiation by enhancing the association between BECN1 and its inhibitor BCL2, and this activity depends on the cellular E3 ligase PRKN. Remarkably, the ability of Nef to counteract the autophagy block is more frequently observed in pandemic HIV-1 and its simian precursor SIV infecting chimpanzees than in HIV-2 and its precursor SIV infecting sooty mangabeys. In summary, our findings demonstrate that HIV-1 is susceptible to autophagy restriction and define Nef as the primary autophagy antagonist of this antiviral process. 3-MA: 3-methyladenine; ACTB: actin, beta; ATG16L1: autophagy related 16 like 1; BCL2: bcl2 apoptosis regulator; BECN1: beclin 1; cDNA: complementary DNA; EGFP: enhanced green fluorescence protein; ER: endoplasmic reticulum; Gag/p55: group-specific antigen; GFP: green fluorescence protein; GST: glutathione S transferase; HA: hemagglutinin; HIV: human immunodeficiency virus; IP: immunoprecipitation; MAP1LC3B/LC3B: microtubule associated protein 1 light chain 3 beta; Nef: negative factor; PRKN: parkin RBR E3 ubiquitin ligase; PtdIns3K: phosphatidylinositol 3 kinase; PtdIns3P: phosphatidylinositol 3 phosphate; PTM: post-translational modification; RT-qPCR: reverse transcription followed by quantitative PCR; RUBCN: rubicon autophagy regulator; SEM: standard error of the mean; SERINC3: serine incorporator 3; SERINC5: serine incorporator 5; SIV: simian immunodeficiency virus; SQSTM1/p62: sequestosome 1; TFEB: transcription factor EB; UVRAG: UV radiation resistance associated gene; VSV: vesicular stomatitis virus; ZFYVE1/DFCP1: zinc finger FYVE-type containing 1.