a T-Bet fehérje módosításainak szerepe a citokin termelésben és a T Helper sejtek differenciálódásában

absztrakt

a T-Bet-et (T-box fehérje, T-sejtekben kifejezve, más néven TBX21) eredetileg kulcsfontosságú transzkripciós faktorként klónozták, amely részt vesz a T-helper (Th) sejtek Th1 vonalhoz való elkötelezettségében. A T-Bet közvetlenül aktiválja az IFN-gén transzkripciót és fokozza a Th1 sejtek fejlődését. A T-Bet egyidejűleg IFN-független módon modulálja az IL-2 és a Th2 citokineket, ami a Th2 sejtek fejlődésének csillapítását eredményezi. Számos tanulmány kimutatta, hogy a T-bet több szerepet játszik az immunsejtek számos altípusában, beleértve a B-sejtet, a dendritikus sejteket, a természetes gyilkos (NK) sejteket, az NK T-sejteket és a veleszületett limfoid sejteket. Ezért a T-bet elengedhetetlen mind a veleszületett, mind az adaptív immunválaszok kialakulásához és koordinációjához. E több szerep betöltése érdekében a T-bet számos poszttranszlációs fehérjemódosításon megy keresztül, mint például a tirozin -, szerin-és treonin-maradékok foszforilezése, valamint a lizin-maradékok ubiquitinációja, amelyek befolyásolják a származás elkötelezettségét a Th-sejtek differenciálódása során. Ez az áttekintés jelenlegi áttekintést nyújt a t-bet fehérje különböző típusainak szerepének megértésében elért előrehaladásról módosítások a citokin termelés szabályozásában a Th sejtek differenciálódása során.

1. Bevezetés

T-Bet (T-box fehérje expresszálódik T-sejtek, más néven TBX21) először 2000-ben írták le egy jelentésben, amely a T-bet hatását vizsgálta a T helper 1 (Th1) sejtek differenciálódására . Az elmúlt 15 évben számos tanulmány vizsgálta a t-bet funkcióit, és több szerepet tárt fel ennek a fehérjének a Th sejtek differenciálódása során, különös tekintettel az érintett molekuláris mechanizmusokra, ennek a transzkripciós faktornak a veleszületett immunsejtekben betöltött új funkcióira, valamint a gyulladásos betegségek t-bet által közvetített modulációjára . Világossá vált, hogy a T-bet kritikus szerepet játszik a veleszületett immunitás és az adaptív immunitás koordinálásában, és fontos szerepet tölt be a krónikus gyulladásos betegségek, köztük az asztma és a gyulladásos bélbetegségek modulálásában, erősen konzervált genetikai programok hálózatának ellenőrzésével . Így a T-bet expressziójának és aktivitásának optimális szabályozása hasznosnak tűnik a krónikus gyulladás és autoimmun betegségek megelőzésében vagy kezelésében.

bár kísérleteket tettek a T-bet expresszióját és aktivitását szabályozó kis molekulák azonosítására, amelyek befolyásolják a T-sejt által közvetített immunválaszt, eddig kevés előrelépés történt ebben. Tekintettel a T-bet fontosságára az immunszabályozásban, a T-bet több szerepének alapjául szolgáló funkcionális mechanizmusok tisztázása megkönnyítené a krónikus gyulladásos és autoimmun betegségek kezelésére szolgáló új terápiás beavatkozások kifejlesztését. Ez az áttekintés összefoglalja a T-bet által a Th sejtek fejlődésében játszott több szerep alapjául szolgáló molekuláris mechanizmusok jelenlegi ismereteit.

2. A T-Bet szerkezete

a T-bet tartalmaz egy amino-terminálist, egy T-box domént és egy karboxil-terminálist, amelyek sorrendben 82%-os, 100% – os és 79% – os homológiát mutatnak az egerek (530 aminosav-maradék fehérje) és az emberek (535 aminosav-maradék fehérje) között (1.ábra). A T-box domén, amely az egér T-bet 135 és 326 maradékai között helyezkedik el, erősen konzervált a T-box protein (TBX) család 18 tagjában . A T-box fehérjék közös jellemzői közé tartozik a DNS-kötődés képessége a T-box doménen keresztül és a transzkripciós szabályozó aktivitás, amely szerepet játszik a fejlődési gén expressziójának szabályozásában minden állatfajban.

ábra 1

a T-bet szerkezete és fehérje módosítása. Az egér és az emberi T-bet 100% – ban azonos a T-box tartományban. Számos aminosavmaradék konzerválódik egerekben, és poszttranszlációs módosításokon megy keresztül, beleértve a szerin -, treonin-és/vagy tirozin-maradékok foszforilációját, valamint a lizin-maradékok ubiquitinációját.

a T-box domén körülbelül 180 aminosavmaradékból áll, és elegendő és szükséges a tcacacct konszenzusos DNS-szekvenciához való kötődéshez . A Brachyury (T) volt az első T-box fehérje, amelyet azonosítottak, és dimer formában kölcsönhatásba lép a DNS fő és kisebb barázdáival hidrofób kölcsönhatások és szokatlan főláncú karbonil érintkezés révén egy guaninnal, mint dimer . A TBX1 dimerként is kötődik a DNS-szekvenciához, míg a TBX2 úgy tűnik, hogy ugyanahhoz a DNS-szekvenciához kötődik, mint egy monomer . Bár a TBX1 és a tbx2 a T-box doménben 61%-ban azonosul, a DNS-t – box kötő komplex szerkezete eltérőnek tűnik az amino-és karboxil-terminális régiók alacsony homológiája miatt. A t-bet T-box doménje 50% – os homológiát mutat a brachyury (T), TBX1 és TBX2 megfelelő doménjével; azonban a T-bet DNS-szekvenciához kötött kristályszerkezetét még jellemezni kell.

3. A Th sejtek differenciálódásának szabályozása T-Bet-vel

3.1. A Th1 sejtek differenciálódásának stimulálása t-Bet

a T-bet közvetlenül kötődik az ifng promoter konszenzusos DNS-szekvenciájához, és aktiválja annak transzkripcióját. Az IFNG T-bet által indukált expressziója a th prekurzor sejteket eredményezi, hogy th1 effektor sejtekké differenciálódjanak. Míg az exogén t-bet túlexpresszió a NA-ban 6-ik sejtek előnyösen növeli a Th1 sejtek fejlődését, a T-bet-hiány az elegendő IFN-hektár termelésének sikertelenségéhez vezet, ezért csökkenti a Th1 sejtek képződését . A T-Bet expresszióját jelentősen növeli a T-sejt receptor (TCR) stimulálása, és fokozza az IFN-6N és IL-12-vel történő együttes kezelés. Az IFN-ons kötődik a receptorához, és indukálja a transzkripció (STAT) 1 jelátalakító és aktivátor aktiválását és a T-bet gén transzkripcióját (TBX21). Ezt követően a T-bet közvetlenül stimulálja az IFNG, valamint az IL12RB2 transzkripcióját. Az IL-12 receptor (IL-12R) a sejtfelszínen történő expressziója tovább fokozza az IFN-adapterek termelődését az IL-12-en és a STAT4 jelátviteli útvonalon keresztül, ezáltal preferenciális Th1 sejtdifferenciálódást eredményezve. Érdekes módon a kényszerített T-bet kifejezés a differenciált Th2 sejteket Th1 sejtekké is átalakíthatja . Ezért a T-bet a szabályozó útvonalak középpontjában helyezkedik el, amelyek indukálják az IFN-xhamsteret a th sejtekben.

3.2. Az IL-2 termelés csillapítása a T-Bet által

az IFN-KB szabályozás mellett a T-bet jelentősen elnyomja az expressziót. Ez a citokin, egy korai T-sejt növekedési faktor, elengedhetetlen a Th sejtek aktiválásához, proliferációjához és differenciálódásához, és bőségesen termelődik a TCR stimuláció során. Az ektopikusan bevezetett T-bet jelentősen elnyomja az IL-2 termelést a nukleáris faktor kB (NF-kB) P65 aktivitásának gátlásával, mind a Th1, mind a Th2 differenciálódás körülményei között . A Th1 sejtek differenciálódása során az IL-2 transzkripció szintén gyengül a T-bet indukciója után. A T-bet által közvetített IL-2 gátlás befolyásolhatja a Th sejtek expanzióját, és tökéletesen modulálhatja a Th1 által közvetített immunválaszt egy patogén antigénnel való érintkezéskor.

3.3. A Th2 sejtfejlődés szuppressziója T-Bet

továbbá az exogén t-bet bevezetése A TH sejtekbe elnyomja a Th2 citokinek termelését, mint például az IL-4, IL-5 és IL-13, a GATA-kötő fehérje-3 (GATA-3) szuppresszióján keresztül. Ennek megfelelően a T-bet hiánya spontán Th2 sejtfejlődést indukál in vitro és in vivo . A T-bet Th2-szuppresszív aktivitását IFN-xhamsterinek hiányában is megerősítették, jelezve, hogy a T-bet diszkrét gátló funkcióval rendelkezik, független az IFN-ons stimulációtól.

3.4. A T-Bet egyéb funkciói

a közelmúltban számos tanulmány arról számolt be, hogy a T-bet más TH sejtvonalakat is modulál, beleértve a Th17, a Treg és a follikuláris TH (TFH) sejteket, számos transzkripciós faktorral, például a retinsavval kapcsolatos orphan receptor-yt (RORyt), a runt-rel kapcsolatos transzkripciós faktor 3 (RUNX3) és a B-sejtes lymphoma-6 (BCL6) . Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a T-bet egy transzkripciós faktor, amely kritikus a th sejtek fejlődésének finomhangolásához.

4. A t-Bet poszttranszlációs módosítása

a T-Bet multitasking játékosként működik a sejtek differenciálódásának szabályozásában. Azonban a molekuláris mechanizmusok, amelyek a t-bet stimuláló és gátló aktivitásának alapját képezik a célgén expressziójának szabályozásában, még tisztázásra várnak. Számos multitasking fehérjéről ismert, hogy poszttranszlációs fehérjemódosításon megy keresztül, és a célgén expresszió közvetlen stimuláló és indirekt gátló aktivitással határozza meg a sejtek sorsát .

4.1. A t-Bet tirozin foszforilezése

A t-bet fehérjék antitest alapú kimutatása western blotokban több sávot eredményez, ami a t-bet poszttranszlációs módosítására utal a TCR által kiváltott TH sejtekben. A t-bet fehérje tirozin-foszforilációja elsősorban a sejtfejlődés korai szakaszában (2-3. nap), a TCR bekapcsolódásakor következik be, majd utána csökken. A Th-sejtek tirozin-foszfatáz inhibitor pervanadáttal történő kezelése fokozza a t-bet tirozin-foszforilációját. A T-Bet Elsősorban a magban lokalizálódik, és a nukleáris tirozin-kináz IL2-indukálható tirozin-kinázt (ITK) azonosították a felelős upstream tirozin-kinázként. Az ITK-hiány megakadályozza a t-bet tirozin-foszforilációját a th sejtekben a TCR és IL-12 stimuláció után. Mutációs kutatások kimutatták, hogy az 525-ös tirozin maradék (Y525) a megfelelő foszforilációs hely, és hogy a foszforiláció ezen a helyen fontos szerepet játszik a Gata-3-mal való kölcsönhatásban. Bár a T-bet T-box doménje fontos a DNS és a fehérje-fehérje kölcsönhatás szempontjából, az Y525 tirozin-foszforilációja előfeltétele a GATA-3 által közvetített Th2 sejtdifferenciálódás szuppressziójának. Az Y525 foszforiláció blokkolása megszünteti a Gata-3-mal való kölcsönhatást és szuppressziót, ami a Th2 szuppresszió károsodásához vezet .

továbbá egy másik nukleáris tirozin-kináz, A c-Abl indukálja a T-bet foszforilációját a 219, 265 és 304 tirozin-maradékokban az egér T-bet-ben . A C-Abl hiánya, valamint a T-bet mutációja ezeken a szermaradékokon (Y219/265/304F mutánsok) az IFN-Inn indukció fokozásának és a Th2 citokin termelés elnyomásának sikertelenségéhez vezet, mivel ezen tirozinmaradékok foszforilációja megszűnik. Ez viszont az allergiás tüdőgyulladás súlyosbodását eredményezi in vivo . Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a T – bet ITK-és c-Abl-indukálta tirozin-foszforilációja elengedhetetlen a Th2 sejtfejlődés és az allergiás immunválasz modulálásához.

4.2. A t-Bet szerin foszforilációja

bár a Th2 sejtfejlődés T-bet által közvetített szuppresszióját rontja az Y525 mutációja és a c-Abl kináz hiánya, az IL-2 szuppresszió megmarad egy Y525-mutáns T-bet esetén, ami arra utal, hogy létezik egy további szabályozó mechanizmus az IL-2 modulációra . Érdekes módon a t-bet fehérje több sávjának megjelenése a western blotokon borjú bél foszfatáz hozzáadásával kiküszöbölhető, amely túlnyomórészt kiküszöböli a szerin/treonin maradványok foszforilezését. Ezután a tömegspektrometriás elemzés feltárta szerin 508 (S508), mint egy másik foszforilációs hely a T-bet-ben. Az S508 mutációja megszünteti a kazein – kináz – (CK -) és a glikogén-szintáz-kináz-3 (GSK-3–) által közvetített foszforilációt A t-bet-ben, valamint a fehérje IL-2-szuppresszív aktivitását. Ezenkívül az S508 foszforiláció fontos a T-bet és az NF-kB p65 kölcsönhatása, valamint az NF-kB p65 il2 promoterhez való kötődésének megelőzése szempontjából. A T-bet mint NF-kB p65 inhibitor funkciójának megfelelően a T-bet-null Th1 sejtek fenntartják az NF-kB p65 aktivitást a Th1 sejtek differenciálódása során, így több IL-2-t termelnek. Ezért azt javasolták, hogy a T-bet az IL-2 fiziológiai inhibitora a Th1 sejtek differenciálódása során, az NF-kB P65 S508 foszforilációfüggő szuppresszióján keresztül.

4.3. A T-Bet treonin foszforilációja

a közelmúltban a treonin 302-t (T302) új foszforilációs helyként jellemezték a T-bet-ben , bár továbbra sem világos, hogy mely kináz és foszfatáz befolyásolja ennek a maradéknak a foszforilációját. A t-bet-null-Th sejtek T302-mutáns T-bet-tel történő helyreállítása azonban ugyanúgy stimulálta az IFN-adapterek termelését, mint a vad típusú T-bet; A Mutáns azonban nem tudta elnyomni az IL-2-t és más Th2 citokineket. További elemzés kimutatta, hogy a T302 foszforiláció szükséges a T-bet és az aktivált T-sejtek nukleáris faktora (NFAT) kölcsönhatásához, valamint az NFAT által közvetített IL-2 és Th2 citokinek, például az IL-4, IL-5 és IL-13 csökkentéséhez. Az NFAT nem döntő fontosságú az IFN-ons termelés indukciója szempontjából, és a T302-mutáns T-bet képes kötődni az IFNG promoterhez; így az IFN-bet termelése összehasonlítható volt a wild-típusú és a mutáns t-bet között. Más szavakkal, a T302 mutációja megszüntette az IL-2 és a Th2 citokin termelés T-bet által közvetített szuppresszióját, de nem befolyásolta a T-bet DNS-kötő és IFN-ons-stimuláló aktivitását.

valójában a T302 a DNS-kötő T-dobozban található, akárcsak az Y304 . A T-box domén több ismétlődésből áll, melyek közül az egyik a DNA-kötésben és a dimerizációban is részt vesz . Muller és Herrmann azt jósolta, hogy a brachyury (T)-ben az AH3 és aH4-hélixek fontosak a fehérje és a DNS kisebb és nagyobb barázdái közötti közvetlen kölcsönhatásban . A T302 azonban nem feltétlenül kapcsolódik közvetlenül a DNS-hornyokhoz, függetlenül annak foszforilációs állapotától. Érdekes lenne tudni, hogy melyik upstream kináz és foszfatáz szabályozza a T302 foszforilációt, és hogy a T302 foszforiláció befolyásolja-e a T-bet egyéb fehérje módosításait.

4.4. A 313 lizin ubiquitinációja a T-Bet-ben

a T-bet expressziója kritikus fontosságú az IFNG transzkripciós szabályozása és a Th1 sejtek fejlődése szempontjából, de a t-bet fehérje szintű szabályozásának eszköze még nem azonosítható. Jang et al. nemrégiben számoltak be arról, hogy a T-bet ubiquitináció által közvetített proteaszomális lebomláson megy keresztül a Th1 sejtdifferenciálódás későbbi szakaszaiban . Az egér T-bet fehérjéjében jelen lévő 16 lizinmaradék közül 11 túlnyomórészt a T-box doménen belül helyezkedik el, a fennmaradó 5 pedig a karboxil-terminálison helyezkedik el (326-530 maradék), míg az amino-terminálisban nincsenek lizinmaradékok (1-134 maradék). Érdekes módon a T-box doménen belüli lizinmaradványok előnyösen ubiquitinálódnak az ubiquitin túlzott expressziója után. További elemzések kimutatták, hogy a lizin 313 (K313) mutációja csökkenti az ubiquitináció által közvetített T-bet lebomlását, és fokozza a t-bet expressziós szintjét a sejtmagban és a citoplazmában. A k313 mutáns megnövekedett szintje ellenére ez a mutáció teljesen megszüntette a T-bet funkciókat, beleértve a DNS-kötődést, az IFNG transzkripciós aktiválását, valamint az IL-2 és Th2 citokin termelés elnyomását. A DNS-hez kötődő T-box domén DNS-hez kötődő DNS-hélixeinek kristályszerkezete erősen arra utal, hogy a k313 aminocsoportja hidrogén-kötés kölcsönhatás révén kapcsolódik egy DNS-bázis foszfátjához. Ezenkívül a K313 mutációja az IL-2 és a Th2 citokin termelés gátlásához is vezet, azonban a GATA-3 és az NF-kB p65 kölcsönhatását és szuppresszióját a K313 mutációja nem változtatja meg. Érdekes módon az NFAT kölcsönhatás megszűnik a K313-mutáns T-bet – ben, ami szintén szorosan összefügg a foszforiláció hiányával a T302-nél. Még nem világos, hogy a K313 szabályozza-e és hogyan a T302 foszforilációt és fordítva.

5. T-Bet gyulladásos és autoimmun betegségekben

Mosmann et al. felfedezett Th1 és Th2 részhalmazok, amelyek aláírási citokineket termelnek, IFN-6és IL-4, IL-5 és IL-13, és amelyek modulálják a gyulladásos és allergiás immunválaszokat, további vizsgálatok azonosították a Th sejtek új részhalmazait , mint például a Th17, TFH és Treg sejtek . Kiterjedt vizsgálatok jellemezték a citokin jelátviteli útvonalakat és a transzkripciós faktorokat, amelyek részt vesznek a kórokozókra adott immunválasz szabályozásában . Fontos, hogy a T-bet alapvető szerepet játszik a th sejtek több alcsoportjának differenciálódásának szabályozásában, valamint a gyulladásos és autoimmun betegségek modulálásában .

a T-Bet antiasztmatikus szabályozóként is működik. A t-bet hiánya spontán módon asztmás tünetek kialakulásához vezet, amelyet a légutakba történő fokozott eozinofil infiltráció, a nyálkahártya-szekretáló serlegsejt hiperplázia és a krónikus légúti átalakítás jellemez kollagén felhalmozódással és proliferatív myofibroblasztokkal; ezeket a tulajdonságokat gyakran asztmás betegeknél is megfigyelik . A T-bet expresszió helyreállítása az immunegyensúlyt Th1 válaszra tolja, és megakadályozza és gyengíti a patológiás tüdőgyulladást in vivo .

ezenkívül a T-bet védett az intracelluláris patogén fertőzések ellen. A T-bet által indukált IFN-ons termelés megszüntetése nagyobb érzékenységet eredményezett az intracelluláris kórokozókkal szemben in vivo, beleértve a Mycobacterium tuberculosis-t, a leishmania major-t és a Salmonella typhimuriumot, hangsúlyozva a T-bet-t expresszáló th1 sejtek IFN-ons termelésének fontosságát a bakteriális fertőzések elleni védekezésben. A T-bet-hiányos egerek azonban rezisztensek a Listeria monocytogenes által okozott fertőzésekkel szemben, mivel a természetes gyilkos sejtek által termelt INF-adapterek mind szükségesek, mind elegendőek a gazdaszervezet L. monocytogenes elleni védekezéséhez .

továbbá a T-bet súlyosbíthatja a gyulladásos és autoimmun betegségek kialakulását, beleértve a gyulladásos bélbetegséget, a kísérleti autoimmun encephalomyelitist, a gyulladásos ízületi gyulladást és az I. típusú cukorbetegséget, mivel ezek a gyulladásos betegségek a T-bet hiányában gyengülnek . Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az immunválasz finomhangolása a t-bet expresszió modulálásával kedvező hatással lehet a krónikus asztmában, gyulladásos bélbetegségben, ízületi gyulladásban, sclerosis multiplexben és cukorbetegségben szenvedő betegek számára.

6. Következtetések és perspektívák

a T-bet egy T-box domént tartalmazó transzkripciós faktor, amely jellemzően részt vesz a fejlődési szabályozásban, de több funkciót is ellát a th sejtdifferenciálásban; az IFN-xhamstereket expresszáló Th1 sejtek transzkripciós aktiválása, a Th2, Th17 és Treg sejtek fejlődésének közvetett elnyomása, valamint az IL-2 termelés finom modulációja a Th1 sejtekben. Ez a multitasking nem meglepő, mivel a T-bet számos poszttranszlációs módosításon megy keresztül. Az Y525 foszforilációja szerepet játszik a Gata-3 szuppresszióban a Th2 szabályozás során, az S508 foszforilációja NF-kB p65 szuppressziót okoz az IL-2 szabályozás összefüggésében a Th1 sejtekben, a T302 foszforilációja szerepet játszik az IL-2 termelés finomhangolásában, a k313 ubiquitinációja pedig szerepet játszik a t-bet fehérje stabilitásának szabályozásában. Így a t-bet poszttranszlációs módosítása megkönnyíti funkcionális sokféleségét és a citokin expresszió modulációjának összetettségét (2.ábra). Nem ismert, hogy a különböző poszttranszlációs módosítások egymás után vagy egyidejűleg fordulnak-e elő, hogy az egyik típusú fehérje módosítás befolyásolja-e a másik módosítást, vagy a t-bet poszttranszlációs módosulásának változásai összefüggenek-e a fertőző és krónikus gyulladásos betegségek kialakulásával. A T-bet funkciókhoz kapcsolódó új fehérje módosítások további azonosítása értékes betekintést nyújt a krónikus gyulladásos és autoimmun betegségek kezelésére szolgáló hatékony terápiás beavatkozások kifejlesztésébe.

ábra 2

Több T-bet funkció játszik szerepet a sejtek differenciálódásában. A T-bet expresszió indukciója a STAT1 és STAT4 aktiválásával közvetlenül stimulálja a T-box-kötő elemet tartalmazó gének transzkripcióját, mint például az IFNG, IL12RB2 és CXCR3, ezáltal javítva a Th1 sejtek fejlődését. A T-Bet szerin-foszforilezésen megy keresztül az S508-on, majd csökkenti az IL-2 termelését a Th1 sejtekben azáltal, hogy NF-kB p65-et toboroz az IL2 promóterből. A t-bet fehérje szintje a Th1 sejtekben az ubiquitin által közvetített proteaszomális lebomlási útvonalon szabályozható. Ezenkívül a T-bet fehérje további poszttranszlációs módosításokon megy keresztül, például a T302 és Y525 foszforilációján, ami megkönnyíti a Th2 citokin termelés elnyomását, amelyet az NFAT és a GATA-3 aktiválása indukál.

rövidítések listája

összeférhetetlenség

potenciális összeférhetetlenséget nem tártak fel.

Köszönetnyilvánítás

ezt a munkát az NRF-támogatás (2013R1A2A2A01068302) révén a karrier-kutató Program támogatta.