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魚類病毒病的暴發和流行是我國水產養殖最重要的威脅之一，魚類病毒病的防控是我們亟待解決的重大難題。闡明魚類抗病毒免疫反應的調控機制，篩選與鑒定調控魚類抗病毒免疫反應的關鍵靶標基因，可為魚類抗病毒新品種的培育提供重要的候選分子靶標。
抗病毒天然免疫應答是機體抵御病毒入侵的第一道防線，干擾素調控因子IRF3/7是抗病毒天然免疫應答的關鍵轉錄因子。當RNA病毒或DNA病毒侵染宿主后，模式識別受體識別病毒RNA或DNA，再經由一系列信號轉導，最終導致轉錄因子IRF3/7的激活，從而誘導干擾素等抗病毒基因的表達，發揮抗病毒的功能。為了既能快速感應病毒的入侵，又防止過度激活對機體造成免疫損害，轉錄因子IRF3/7的活性需要被精準調控。
中國科學院水生生物研究所肖武漢研究員團隊前期研究發現，魚的耐低氧和抗病感染之間存在交互影響（Liu et al., Nature Communications, 2024; Wang et al., Journal of Virology, 2024；Wang et al., Water Biology and Security, 2023）。因此，他們利用多組學技術和聯合比較分析，篩選到一些同時影響魚類耐低氧性狀和抗病性狀的基因，其中包括甲基轉移酶SMYD3。他們發現：SMYD3能以酶活非依賴的方式穩定低氧誘導因子HIF-1α，從而激活低氧信號通路；smyd3缺失的斑馬魚在生長、發育和繁殖等方面與野生型斑馬魚相比無明顯差異，但是耐低氧能力顯著增強（Wang et al., Journal of Biological Chemistry, 2022）。
在此基礎上，他們進一步解析了SMYD3在調控機體抗病毒天然免疫應答中的作用和分子機制，發現：SMYD3能與抗病毒天然免疫應答通路中的關鍵轉錄IRF3和IRF7直接結合，并且對IRF3蛋白的第39位以及IRF7蛋白第51位的賴氨酸殘基進行甲基化修飾，以酶活依賴的方式抑制IRF3/7的磷酸化和二聚化，從而抑制干擾素等抗病毒基因的表達，因此，在RNA病毒和DNA病毒感染時均起到抑制天然免疫應答的作用。在體（in vivo）實驗表明：smyd3敲除的斑馬魚其抵御草魚呼腸孤病毒（GCRV）和鯉春病毒血癥病毒（SVCV）感染的能力顯著增強。他們進一步利用小鼠模型證實了SMYD3的這一調控模式在脊椎動物中的功能保守性。此外，抑制SMYD3的甲基轉移酶活性，可以顯著增強抗病毒基因的表達和機體的抗病毒能力。
1月15日，肖武漢團隊在《美國科學院院刊》（PNAS）上，在線發表了題為“Direct lysine dimethylation of IRF3 by the methyltransferase SMYD3 attenuates antiviral innate immunity”的研究論文，王子旋博士研究生和陳小云博士為論文的共同第一作者，肖武漢研究員和劉興研究員為共同通訊作者，研究組其他成員為本研究提供了重要的支持。該研究得到了中國科學院戰略性先導專項B和專項A、國家自然科學基金、國家重點研發計劃、湖北省自然科學基金杰出青年基金、農業生物育種2030等項目的資助。
此外，該團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，對草魚 smyd3基因進行了敲除，對F0代嵌合體的表型比較分析表明：草魚Smyd3基因的缺失，顯著增強了草魚的耐低氧能力和抗草魚出血病病毒（GCRV II型）感染的能力。相應的研究結果已申請發明專利，這為培育既耐低氧又抗出血病的草魚新品種奠定了基礎。
文章鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320644122
smyd3的敲除和酶活性抑制顯著增強斑馬魚抗GCRV感染的能力