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Nat Immuno | 张端午博士等发现调控淋巴系细胞分化和抗病毒天然免疫应答的关键因子

日期:2019-09-19 15:26:31 来源: BioArt 点击:

血细胞都是由造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs产生。HSCs分化成多潜能前体细胞(multipotent progenitors,MPPs以及MPPs分化成特定免疫细胞系的过程在体内均受到精密的调控,其中包含转录编排、染色体修饰、mRNA剪接等影响基因表达的多种调节机制。

2019年8月19日,美国德克萨斯大学西南医学中心Bruce Beutler 教授(2011年诺贝尔生理学或医学奖得主)团队张端午博士为第一作者)Nature Immunology杂志发表了研究论文Syndromic immune disorder caused by a viable hypomorphic allele of spliceosome component Snrnp40,研究团队发现Snrnp40隐性亚等位基因突变会导致小鼠产生免疫缺陷综合症。


必需基因Snrnp40(敲除致死)编码剪接体U5小核核糖核蛋白(U5 small nuclear ribonucleoprotein,snRNP) 复合体的一个亚基。SNRNP40在各组织中普遍存在,但在淋巴组织和细胞中表达最高。Snrnp40隐性亚等位基因突变小鼠对鼠巨细胞病毒(mouse cytomegalovirus,MCMV高度敏感,同时突变小鼠体内的淋巴系细胞发育(包括T淋巴细胞、B淋巴细胞和自然杀伤细胞)、稳定及功能受到显著影响。该研究揭示了“看家基因”Snrnp40“特异性”参与调控淋巴系细胞分化和病毒感染天然免疫反应的过程。


研究人员利用乙基亚硝酸脲(ENU)诱导突变小鼠产生,通过正向遗传学筛选,鉴定了一个Snrnp40基因的亚等位基因突变(有趣的是,该突变并非ENU诱导所致,而是一个C57BL/6J小鼠库的自发突变)。研究人员发现Snrnp40隐性亚等位基因突变的小鼠脾脏SNRNP40的表达量明显下降(仅为野生型小鼠的6.7%–10.2%),从而导致突变小鼠淋巴系细胞发育和功能严重受损,并对MCMV病毒抵抗能力丧失。Snrnp40突变小鼠体内各种淋巴系细胞数目锐减,并且Snrnp40缺陷T细胞过度活化,稳态扩增能力下降,细胞周期紊乱,并更易发生凋亡。研究人员对Snrnp40基因突变小鼠的骨髓移植实验证明这些免疫缺陷表型均为造血细胞的内在缺陷所致。此外,研究人员对造血干细胞和祖细胞(hematopoietic stem and progenitor cells,HSPCs的分析表明突变小鼠骨髓内HSCs向MPPs以及MPPs向常见的淋巴系祖细胞群(common lymphoid progenitors,CLPs特异性分化过程出现了损伤。

接下来,研究人员探讨了SNRNP40影响淋巴系细胞发育和天然免疫表型的功能机制。SNRNP40在mRNA剪接体内的具体功能此前尚未明确。采用免疫共沉淀结合质谱分析的方法,研究人员发现不论在EL4细胞(一株T淋巴瘤细胞系)还是在NK-92细胞(一株自然杀伤细胞系)中,与SNRNP40相互作用的主要蛋白都多为已知的剪接因子(splicing factors)或剪接调节分子(splicing regulators),提示SNRNP40在mRNA剪接中的重要功能。研究人员紧接着分析了淋巴细胞中依赖于SNRNP40进行精准剪接的转录本信息。通过对Snrnp40突变的原代HSPCs和原代T淋巴细胞,以及Snrnp40敲除的EL4稳定T细胞系进行高通量转录组测序分析(RNA-seq),研究人员发现Snrnp40缺陷细胞中mRNA的剪接错误显著增加。其中,剪接错误导致的内含子保留(intron retention)相比于外显子跳读(exon skipping)和其它可变剪接问题(cryptic splice site)占据主导比例,达到84%–89%。同时RNA-seq分析也显示Snrnp40缺陷细胞中许多基因(尤其是免疫基因)的表达产生变化,这与SNRNP40在免疫细胞中的高表达正相关。其中,IL17A/F表达降低解释了Snrnp40突变小鼠功能性NK细胞发育障碍、NK细胞杀伤活力下降、以及抗击MCMV病毒能力缺陷的表型;而Themis表达降低则解释了Snrnp40突变小鼠胸腺内T淋巴细胞发育受损的现象。另外有意思的是,研究人员发现这些表达变化的基因与前面分析的剪接错误的基因并非重叠。因此,SNRNP40是通过影响mRNA的剪接(主要是内含子保留)而间接导致免疫功能相关的重要基因(包含转录因子等)的表达受限,最终导致Snrnp40突变小鼠的免疫混乱综合症。

总的来说,本研究鉴定了SNRNP40 是淋巴系细胞分化和抗病毒的天然免疫应答的关键调节分子。由于人类和小鼠SNRNP40具有极高的氨基酸序列同源性(98%),并且小鼠的该突变是一自发突变,因此人SNRNP40基因的某一亚等位基因突变(同样可为自发突变)很可能也是导致人类某些免疫机能缺陷症状的原因。

附本论文的第一作者介绍:张端午博士主要从事免疫信号调节以及与免疫相关的细胞死亡的研究,师从韩家淮教授(中国科学院院士)和Bruce Beutler教授(诺贝尔奖得主,美国科学院院士),迄今共发表SCI论文14篇,包括在Science、Nature Immunology、Cell Research、PNAS、Cell Mol Immunol等国际知名学术期刊以第一作者或通讯作者发表多篇SCI论文,Google学术显示其论文总被引用次数超过2100次。


原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41590-019-0464-4


(责任编辑:tqh)

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