ウイルスDNAセンサーIFI16および環状GMP-AMPシンターゼは、ヘルペスウイルス感染中のウイルス遺伝子発現、免疫防御、およびアポトーシス反応の調節において明確な機能を備えています。

非標識：ヒトインターフェロン誘導性タンパク質IFI16は、核ウイルスDNAに結合し、抗ウイルス反応を促進する重要な抗ウイルス因子です。ここでは、DNAセンサーサイクリックジヌクレオチドGMP-AMPシンターゼ（CGA）からの空間と時間のIFI16ダイナミクスを定義します。ライブセルイメージングは、最初に核周辺のウイルス侵入部位に、次にシンプレックスウイルス1（HSV-1）およびヒトサイトメガロウイルス（HCMV）感染症の核形成穿刺への多様性IFI16の再分布を明らかにします。光遺伝学と生細胞顕微鏡検査は、核周辺の局在化とオリゴマー化に必要なIFI16ピリンドメインを確立します。さらに、プロテオミクスを使用して、IFI16ピリンとHIN200ドメインのシグネチャタンパク質相互作用を定義し、抗ウイルスタンパク質PMLおよびCGAとのIFI16相互作用のためにピリンの必要性を実証します。IFI16、CGA、およびPMLが関与するシグナル伝達経路をプローブします。IFI16はサイトカインを誘導しますが、HSV-1およびHCMV感染に対してSting/TBK-1/IRF3およびアポトーシス反応を活性化します。DNA刺激時のCGAS依存性アポトーシスには、環状ジヌクレオチドの酵素産生と刺し傷の両方が必要です。CGAやPMLではなくIFI16がHSV-1遺伝子発現を抑制し、ウイルスの力価を減らすことを示しています。これは、ウイルス遺伝子発現の調節が、抗ウイルスサイトカインの誘導よりもウイルス複製のより大きな障壁として機能する可能性があることを示しています。全体として、私たちの発見は、ヘルペスウイルスに対するIFI16およびCGAの協調的かつ明確な抗ウイルス機能を確立します。 重要性：哺乳類の細胞がどのように核内で複製されるDNAウイルスを検出して反応しているかはよく理解されていません。ここでは、2つのヘルペスウイルス、ヘルペスシンプレックスウイルス1（HSV-1）とヒトサイトメガロウイルス（HCMV）の感染時に活性免疫シグナル伝達中に、2つのウイルスDNAセンサー、IFI16およびCGASの異なる機能を解読します。IFI16は、核周辺の入ってくるヘルペスウイルスゲノムで急速にオリゴマー化して、ウイルス遺伝子発現を転写的に抑制し、ウイルスの複製能力を制限することを示しています。さらに、IFI16は標準的なSTING/TBK-1/IRF3シグナル伝達経路の上流の活性化を開始しないが、下流の抗ウイルスサイトカイン発現に必要であることを実証します。対照的に、ヘルペスウイルス感染中のDNAセンシングにより、CGAは刺し傷に依存する方法でアポトーシスを引き起こすことがわかります。当社のライブセルイメージング、質量分析ベースのプロテオミクス、CRISPRベースの細胞アッセイ、および光遺伝学は、病原体に対する複雑な細胞応答を明らかにするための統合的アプローチの価値を強調しています。

UNLABELLED: The human interferon-inducible protein IFI16 is an important antiviral factor that binds nuclear viral DNA and promotes antiviral responses. Here, we define IFI16 dynamics in space and time and its distinct functions from the DNA sensor cyclic dinucleotide GMP-AMP synthase (cGAS). Live-cell imaging reveals a multiphasic IFI16 redistribution, first to viral entry sites at the nuclear periphery and then to nucleoplasmic puncta upon herpes simplex virus 1 (HSV-1) and human cytomegalovirus (HCMV) infections. Optogenetics and live-cell microscopy establish the IFI16 pyrin domain as required for nuclear periphery localization and oligomerization. Furthermore, using proteomics, we define the signature protein interactions of the IFI16 pyrin and HIN200 domains and demonstrate the necessity of pyrin for IFI16 interactions with antiviral proteins PML and cGAS. We probe signaling pathways engaged by IFI16, cGAS, and PML using clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/Cas9-mediated knockouts in primary fibroblasts. While IFI16 induces cytokines, only cGAS activates STING/TBK-1/IRF3 and apoptotic responses upon HSV-1 and HCMV infections. cGAS-dependent apoptosis upon DNA stimulation requires both the enzymatic production of cyclic dinucleotides and STING. We show that IFI16, not cGAS or PML, represses HSV-1 gene expression, reducing virus titers. This indicates that regulation of viral gene expression may function as a greater barrier to viral replication than the induction of antiviral cytokines. Altogether, our findings establish coordinated and distinct antiviral functions for IFI16 and cGAS against herpesviruses. IMPORTANCE: How mammalian cells detect and respond to DNA viruses that replicate in the nucleus is poorly understood. Here, we decipher the distinct functions of two viral DNA sensors, IFI16 and cGAS, during active immune signaling upon infection with two herpesviruses, herpes simplex virus 1 (HSV-1) and human cytomegalovirus (HCMV). We show that IFI16 rapidly oligomerizes at incoming herpesvirus genomes at the nuclear periphery to transcriptionally repress viral gene expression and limit viral replicative capacity. We further demonstrate that IFI16 does not initiate upstream activation of the canonical STING/TBK-1/IRF3 signaling pathway but is required for downstream antiviral cytokine expression. In contrast, we find that, upon DNA sensing during herpesvirus infection, cGAS triggers apoptosis in a STING-dependent manner. Our live-cell imaging, mass spectrometry-based proteomics, CRISPR-based cellular assays, and optogenetics underscore the value of integrative approaches to uncover complex cellular responses against pathogens.