The mechanisms by which innate immune receptors mediate self-nonself discrimination are unclear. In this study, we found species-specific molecular determinants of self-DNA reactivity by cyclic guanosine monophosphate–adenosine monophosphate (GMP–AMP) synthase (cGAS). Human cGAS contained a catalytic domain that was intrinsically self-DNA reactive and stimulated interferon responses in diverse cell types. This reactivity was prevented by an upstream amino (N)-terminal domain. The cGAS proteins from several nonhuman primate species exhibited a similar pattern of self-DNA reactivity in cells, but chimpanzee cGAS was inactive even when its amino-terminal domain was deleted. In contrast, the N terminus of mouse cGAS promoted self-DNA reactivity. When expressed within tumors, only self-DNA–reactive cGAS proteins protected mice from tumor-induced lethality. In vitro studies of DNA- or chromatin-induced cGAS activation did not reveal species-specific activities that correlate with self-DNA reactivity observed in macrophages. Cell biological analysis revealed that self-DNA reactivity by human cGAS, but not mouse cGAS, correlated with localization to mitochondria. We found that epitope tag positions affected self-DNA reactivity in cells and that DNA present in cell lysates undermines the reliability of cGAS biochemical fractionations. These studies reveal species-specific diversity of cGAS functions, even within the primate lineage, and highlight experimental considerations for the study of this innate immune receptor.

中文翻译：

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哺乳动物环状 GMP-AMP 合酶的物种特异性自身 DNA 检测机制

先天免疫受体介导自我非自我歧视的机制尚不清楚。在这项研究中，我们发现了环磷酸鸟苷-磷酸腺苷 (GMP–AMP) 合酶 (cGAS) 对自身 DNA 反应性的物种特异性分子决定因素。人类 cGAS 包含一个催化结构域，该结构域本质上是自身 DNA 反应性的，可刺激不同细胞类型中的干扰素反应。这种反应性被上游氨基 (N)-末端结构域阻止。来自几种非人类灵长类动物的 cGAS 蛋白在细胞中表现出相似的自身 DNA 反应模式，但黑猩猩 cGAS 即使在其氨基末端结构域被删除时也没有活性。相比之下，小鼠 cGAS 的 N 末端促进了自身 DNA 反应。当在肿瘤内表达时，只有自身 DNA 反应性 cGAS 蛋白可以保护小鼠免受肿瘤诱导的致死。DNA 或染色质诱导的 cGAS 激活的体外研究没有揭示与在巨噬细胞中观察到的自身 DNA 反应相关的物种特异性活性。细胞生物学分析表明，人类 cGAS 而非小鼠 cGAS 的自身 DNA 反应性与线粒体定位相关。我们发现表位标记位置影响细胞中的自身 DNA 反应性，并且细胞裂解物中存在的 DNA 破坏了 cGAS 生化分级分离的可靠性。这些研究揭示了 cGAS 功能的物种特异性多样性，即使在灵长类动物谱系中也是如此，并突出了研究这种先天免疫受体的实验考虑因素。DNA 或染色质诱导的 cGAS 激活的体外研究没有揭示与在巨噬细胞中观察到的自身 DNA 反应相关的物种特异性活性。细胞生物学分析表明，人类 cGAS 而非小鼠 cGAS 的自身 DNA 反应性与线粒体定位相关。我们发现表位标记位置影响细胞中的自身 DNA 反应性，并且细胞裂解物中存在的 DNA 破坏了 cGAS 生化分级分离的可靠性。这些研究揭示了 cGAS 功能的物种特异性多样性，即使在灵长类动物谱系中也是如此，并突出了研究这种先天免疫受体的实验考虑因素。DNA 或染色质诱导的 cGAS 激活的体外研究没有揭示与在巨噬细胞中观察到的自身 DNA 反应相关的物种特异性活性。细胞生物学分析表明，人类 cGAS 而非小鼠 cGAS 的自身 DNA 反应性与线粒体定位相关。我们发现表位标记位置影响细胞中的自身 DNA 反应性，并且细胞裂解物中存在的 DNA 破坏了 cGAS 生化分级分离的可靠性。这些研究揭示了 cGAS 功能的物种特异性多样性，即使在灵长类动物谱系中也是如此，并突出了研究这种先天免疫受体的实验考虑因素。与线粒体的定位相关。我们发现表位标记位置影响细胞中的自身 DNA 反应性，并且细胞裂解物中存在的 DNA 破坏了 cGAS 生化分级分离的可靠性。这些研究揭示了 cGAS 功能的物种特异性多样性，即使在灵长类动物谱系中也是如此，并突出了研究这种先天免疫受体的实验考虑因素。与线粒体的定位相关。我们发现表位标记位置影响细胞中的自身 DNA 反应性，并且细胞裂解物中存在的 DNA 破坏了 cGAS 生化分级分离的可靠性。这些研究揭示了 cGAS 功能的物种特异性多样性，即使在灵长类动物谱系中也是如此，并突出了研究这种先天免疫受体的实验考虑因素。