Tヘルパー細胞のサイトカイン産生および分化におけるT-Betのタンパク質修飾の役割

概要

t-Bet（T細胞に発現するT-boxタンパク質、TBX21とも呼ばれる）は、もともとtヘルパー（Th）細胞のTh1系統への関与に関与する重要な転写因子としてクローニングされていた。 T-BetはIFN遺伝子の転写を直接活性化し、Th1細胞の発達を促進する。 T-Betは同時にTh2細胞の発達の減衰で、その結果、IFN-独立した方法でIL-2とTh2サイトカインを調節します。 T-betは、B細胞、樹状細胞、ナチュラルキラー（NK）細胞、NK T細胞、および先天性リンパ系細胞を含む、多くのサブタイプの免疫細胞において複数の役割を果た したがって、T-betは、先天性および適応性免疫応答の両方の発達および調整にとって重要である。 これらの複数の役割を果たすために、T-betは、チロシン、セリン、およびスレオニン残基でのリン酸化、およびTh細胞分化中の系統コミットメントに影響を与 このレビューは、Th細胞分化中のサイトカイン産生の調節におけるT-betタンパク質修飾の様々なタイプの役割を理解する上で行われた進歩の現在の概

1. はじめに

T-Bet（T細胞に発現するT-boxタンパク質、TBX21とも呼ばれる）は、2000年にTヘルパー1（Th1）細胞の分化に対するT-betの効果を調べる報告書に記載されていた。 過去15年間、多くの研究は、t-betの機能を検討し、関与する分子メカニズム、自然免疫細胞におけるこの転写因子の新しい機能、および炎症性疾患のT-betを介 Ｔ-ｂｅｔは，自然免疫と適応免疫の協調に重要な役割を果たし，高度に保存された遺伝プログラムのネットワークを制御することにより，ぜん息や炎症性腸疾患を含む慢性炎症性疾患の調節に重要な機能を果たすことが明らかになった。 したがって、Ｔ−ｂｅｔの発現および活性の最適調節は、慢性炎症および自己免疫疾患の予防または治療に有益であると思われる。

T細胞を介した免疫応答に影響を与えるT-betの発現および活性を制御する小分子を同定する試みがなされているが、これまでにはほとんど進展が見られていない。 免疫調節におけるT-betの重要性を考えると、T-betの複数の役割の根底にある機能的メカニズムを解明することは、慢性炎症性疾患および自己免疫疾患を治療するための新しい治療介入の開発を容易にするであろう。 このレビューは、Th細胞の発達におけるT-betが果たした複数の役割の基礎となる分子メカニズムに関する知識の現在の状態をまとめたものです。

2. T-Betの構造

t-betには、アミノ末端、T-boxドメイン、カルボキシル末端が含まれており、マウス（530アミノ酸残基タンパク質）とヒト（535アミノ酸残基タンパク質）の間でそれぞれ82％、100％、79％の相同性を示している（図1）。 マウスT-betの残基135と326の間に位置するT-boxドメインは、t-boxタンパク質（TBX）ファミリーの18メンバーで高度に保存されています。 T-boxタンパク質が共有する共通の特徴は、T-boxドメインを介してDNA結合能力とすべての動物種における発生遺伝子の発現を制御する役割を果た

フィギュア1

T-betの構造とタンパク質修飾。 マウスとヒトのＴ−ｂｅｔは、Ｔ−ｂｏｘドメインにおいて１ ０ ０％同一である。 いくつかのアミノ酸残基は、マウスで保存され、セリン、スレオニン、および/またはチロシン残基でのリン酸化、およびリジン残基でユビキチン化を含む

Ｔボックスドメインは、約１ ８ ０個のアミノ酸残基から構成され、コンセンサスＤＮＡ配列ＴＣＡＣＡＣＣＴへの結合に十分かつ必要な両方である。 Brachyury(T)は同定された最初のTボックスタンパク質であり、二量体の形で、疎水性相互作用と二量体としてグアニンとの異常な主鎖カルボニル接触を介してDNAの主要および副溝と相互作用する。 TBX1はまた、二量体としてDNA配列に結合するのに対し、TBX2は単量体と同じDNA配列に結合するように見える。 TBX1とTBX2は、tボックスドメインで61％の同一性を共有するが、dna-T-box結合複合体の構造は、アミノ-とカルボキシル末端領域間の低い相同性のために、異 T-betのTボックスドメインは、brachyury(T)、TBX1、およびTBX2の対応するドメインと50％の相同性を示していますが、DNA配列に結合したT-betの結晶構造は特徴付け

3. T-BetによるTh細胞分化の調節

3.1. T-betによるTh1細胞分化の刺激

T-betはIFNGプロモーター内のコンセンサスDNA配列に直接結合し、その転写を活性化する。 IFNGのT-bet誘導発現は、Th1エフェクター細胞に分化するためにTh前駆細胞を導出する。 ナイーブＴ ｈ細胞における外因性Ｔ−ｂｅｔ過剰発現は、ｔ Ｈ１細胞の発生を優先的に増加させるが、Ｔ−ｂｅｔ欠損は、十分なＩＦＮ−γを産生する障害をもたらし、したがって、Ｔ Ｈ１細胞の生成を減少させる。 Ｔ−Ｂｅｔ発現は、Ｔ細胞受容体（ＴＣＲ）の刺激によって実質的に増加し、ＩＦＮ−γおよびＩＬ−１ ２との共処理によって増強される。 IFN-γはその受容体に結合し、シグナル変換器および転写活性化因子（STAT）1およびT-bet遺伝子（TBX21）の転写の活性化を誘導する。 続いて、T-betはIFNGおよびIL12RB2の転写を直接刺激する。 細胞表面上のＩＬ−１ ２受容体（ＩＬ−１ ２Ｒ）β２の発現は、ＩＬ−１ ２およびＳＴＡＴ４シグナル伝達経路を介したＩＦＮ−γ産生をさらに増強し、それによって優先的なＴ Ｈ１細胞分化 興味深いことに、実施されたＴ−ｂｅｔ発現はまた、分化したＴ Ｈ２細胞をＴ Ｈ１細胞に変換することができる。 したがって、Ｔ−ｂｅｔは、Ｔ ｈ細胞においてＩＦＮ−γを誘導する調節経路の核心に位置する。

3.2. T-BetによるIL-2産生の減衰

IFN-γ調節に加えて、T-betは発現を有意に抑制する。 このサイトカイン、初期のT細胞増殖因子は、Th細胞の活性化、増殖、および分化のために不可欠であり、TCR刺激時に豊富に産生されます。 異所的に導入されたT-betは、Th1およびTh2分化の両方の条件下で、核因子kB（NF-kB）p65活性の阻害を介してIL-2産生を有意に抑制する。 Ｔｈ１細胞分化の間、ＩＬ−２転写はまた、Ｔ−ｂｅｔの誘導時に減衰される。 T-betを介したIL-2阻害は、Th細胞の拡張に影響を与え、絶妙に病原性抗原への暴露時にTh1を介した免疫応答を調節することができます。

3.3. T-betによるTh2細胞発生の抑制

さらに、th細胞への外因性T-bet導入は、GATA結合タンパク質-3（GATA-3）の抑制を介して、IL-4、IL-5、IL-13などのTh2サイトカインの産 したがって、T-betの欠如は、in vitroおよびin vivoでの自発的なTh2細胞発達を誘導する。 T-betのTh2抑制活性はまた、T-betはIFN-γ刺激とは無関係に、離散的な阻害機能を有することを示す、IFN-γの非存在下で確認された。

3.4. T-Betのその他の機能

最近、T-betは、レチノイン酸関連オルファン受容体-yt（RORyt）、runt関連転写因子3（RUNX3）、B細胞リンパ腫-6（BCL6）などの多くの転写因子と協調して、Th17、Treg、濾胞Th（TFH）細胞を含む他のTh細胞系統を調節することが多くの研究で報告されている。 これらの知見は，Ｔ-ｂｅｔがＴ ｈ細胞の発達を微調整するために重要な転写因子であることを示唆している。

4. T-Bet

T-Betの翻訳後修飾は、Th細胞分化の調節におけるマルチタスクプレーヤーとして機能する。 しかし、標的遺伝子発現を調節する際のT-betの刺激活性および阻害活性の根底にある分子機構は明らかにされていない。 多くのマルチタスクタンパク質は、翻訳後タンパク質修飾を受け、標的遺伝子発現に直接刺激および間接阻害活性を発揮することによって細胞運命を決定することが知られている。

4.1. T-Betのチロシンリン酸化

ウェスタンブロットのT-betタンパク質の抗体ベースの検出は、TCRトリガTh細胞におけるT-betの翻訳後修飾を示唆し、複数のバンド T-betタンパク質のチロシンリン酸化は、TCR関与時に、Th細胞発達の初期段階（日2-3）の間に主に発生し、その後低下します。 チロシンホスファターゼ阻害剤ペルバナジン酸でＴ ｈ細胞を処理すると，ｔ-ｂｅｔのチロシンリン酸化が促進される。 T-Betは主に核に局在しており、核チロシンキナーゼIL2誘導性チロシンキナーゼ（ITK）は、責任ある上流チロシンキナーゼとして同定された。 ITKの不足はTCRおよびIL-12との刺激の後でThの細胞のt-betのチロシンのリン酸化を防ぎます。 変異研究は、チロシン残基525（Y525）が関連するリン酸化部位であり、この部位でのリン酸化がGATA-3との相互作用において重要な役割を果たすことを明ら T-betのTボックスドメインは、DNAとタンパク質-タンパク質相互作用のために重要であるが、Y525のチロシンリン酸化は、GATA-3を介したTh2細胞分化の抑制 Y525リン酸化の封鎖はTh2抑制の減損に終ってgata-3との相互作用および抑制を、廃止します。

さらに、別の核チロシンキナーゼ、c-Ablは、マウスT-betのチロシン残基219、265、および304でT-betのリン酸化を誘導する。 これらの残基（Y219/265/304F変異体）でのC-Ablの欠乏だけでなく、T-betの変異は、IFN-γ誘導を増加させ、これらのチロシン残基でのリン酸化の損失のためにTh2サイトカ これは、次に、in vivoでのアレルギー性肺炎症の悪化をもたらす。 これらの知見は、T-betのITK-およびc-Abl誘導チロシンリン酸化がTh2細胞発達およびアレルギー免疫応答の変調に不可欠であることを示唆している。

4.2. T-Betのセリンリン酸化

Th2細胞開発のT-betを介した抑制は、Y525の変異とc-Ablキナーゼの不在によって損なわれているが、IL-2抑制は、IL-2変調のための追 興味深いことに、ウェスタンブロット上のT-betタンパク質の複数のバンドの出現は、主にセリン/スレオニン残基でリン酸化を排除する子牛腸ホスファターゼ 質量分析は、その後、T-betの別のリン酸化部位としてセリン508（S508）を明らかにした。 S508の変異は、カゼインキナーゼ-（CK-）とグリコーゲンシンターゼキナーゼ-3（GSK-3-）を介したt-betのリン酸化だけでなく、タンパク質のIL-2抑制活性を廃止します。 さらに、Ｓ５ ０ ８リン酸化は、Ｔ−ｂｅｔとＮＦ−κ Ｂ ｐ６ ５との相互作用およびＮＦ−κ Ｂ ｐ６ ５のＩＬ２プロモーターへの結合の防止のために重要である。 ＮＦ−κ Ｂ ｐ６ ５阻害剤としてのＴ−ｂｅｔの機能に従って、Ｔ−ｂｅｔ−ヌルＴ Ｈ１細胞は、Ｔ ｈ１細胞分化中にＮＦ−κ Ｂ ｐ６ ５活性を維持し、したがってより多くのＩＬ−２を産生する。 したがって、T-betは、NF-κ b p65のS508リン酸化依存的抑制を介して、Th1細胞分化中のIL-2の生理学的阻害剤であることが示唆されている。

4.3. T-Betのスレオニンリン酸化

それはキナーゼとホスファターゼは、この残基のリン酸化に影響を与えるかは不明であるが、非常に最近、スレオニン302（T302）は、T-bet しかし、t302変異体T-betとt-bet null Th細胞の回復は、野生型T-betと同じくらいIFN-γ産生を刺激した;しかし、変異体はIL-2および他のTh2サイトカインを抑制する さらなる分析は、ｔ３ ０ ２リン酸化が、ｔ−ｂｅｔと活性化Ｔ細胞の核因子（ＮＦＡＴ）との相互作用およびＮＦＡＴ媒介ＩＬ−２およびＴＨ２サイトカイン、例えばＩＬ−４、ＩＬ−５、およびＩＬ−１ ３のダウンレギュレーションのために必要であることを実証した。 ＮＦＡＴはＩＦＮ−γ産生の誘導には重要ではなく、Ｔ３ ０ ２−変異体Ｔ−ｂｅｔはＩＦＮ−γプロモーターに結合することができ、したがって、ＩＦＮ−γ産生は野生型および変異体Ｔ−ｂｅｔの間で同 言い換えれば、T302の変異は、IL-2およびTh2サイトカイン産生のT-bet媒介抑制を廃止したが、T-betのDNA結合およびIFN-γ-刺激活性には影響しなかった。

実際、T302はY304と同様にDNA結合T-boxに位置しています。 Tボックスドメインは、β鎖とαヘリックスのいくつかの繰り返しからなり、二量体化とDNA結合の両方に関与しています。 MullerおよびHerrmannはbrachyury(T)のαヘリックスah3およびah4がDNAのマイナーおよび主要な溝とのこの蛋白質の直接相互作用のために重要であることを予測した。 しかし、T302は、そのリン酸化状態にかかわらず、DNA溝と直接関連していない可能性があります。 どの上流のキナーゼとホスファターゼがT302のリン酸化を調節し、T302のリン酸化がT-betの他のタンパク質修飾に影響するかどうかを知ることは興味深

4.4. T-Bet

T-bet発現におけるリジン313のユビキチン化は、IFNGの転写調節とTh1細胞の発達にとって重要であるが、タンパク質レベルでのT-betの調節の手段はまだ同定されていない。 Jangら。 最近、T-betはTh1細胞分化の後期段階でユビキチン化を介したプロテアソーム分解を受けることを報告している。 マウスT-betタンパク質に存在する16個のリジン残基のうち、11個は主にT-boxドメイン内に位置し、残りの5個はカルボキシル末端（残基326-530）に位置し、アミノ末端（残基1-134）にはリジン残基は存在しない。 興味深いことに、Tボックスドメイン内のリジン残基が優先的にユビキチンの過剰発現時にユビキチン化されています。 さらなる分析は、リジン313（K313）の変異がユビキチン化を介したT-bet分解を減少させ、核および細胞質におけるT-betの発現レベルを高めることを同定した。 K313変異体の増加したレベルにもかかわらず、この変異は完全にDNA結合、IFNGの転写活性化、およびIL-2およびTh2サイトカイン産生の抑制を含むT-bet機能 DNAに結合したTボックスドメインのαヘリックスの結晶構造は、K313のアミノ基が水素結合相互作用を介してDNA塩基のリン酸塩と関連していることを強く示唆している。 さらに、K313の変異はまた、IL-2およびTh2サイトカイン産生を抑制する障害をもたらす;しかし、GATA-3およびNF-κ B p65との相互作用および抑制は、K313の変異によって変更されない。 興味深いことに、NFATの相互作用はまた強くT302でリン酸化の不在と関連付けられているK313変異体T-betで廃止されます。 K313がT302のリン酸化を調節するかどうか、どのように調節するかはまだ明らかではなく、その逆もまた同様である。

5. 炎症性および自己免疫疾患におけるT-Bet

以来Mosmann et al. 署名サイトカイン、IFN-γ、およびIL-4、IL-5、およびIL-13をそれぞれ産生し、炎症性およびアレルギー性免疫応答を調節するTh1およびTh2サブセットを発見し、さらなる研究では、Th17、TFH、およびTreg細胞などのTh細胞の新規サブセットが同定されている。 広範な研究はまた、サイトカインシグナル伝達経路および病原体に対する免疫応答の調節に関与する転写因子を特徴付けている。 重要なのは、T-betは、Th細胞のいくつかのサブセットの分化を制御し、炎症性および自己免疫疾患を調節する上で基本的な役割を果たしている。

T-Betは抗喘息調節剤としても機能します。 T-betの欠乏は自発的に気道への増加した好酸球浸潤、粘液分泌杯細胞過形成、およびコラーゲン蓄積および増殖性筋線維芽細胞を伴う慢性気道リモデリングによって特徴付けられる喘息症状の発症につながり、これらの特徴は喘息患者にもしばしば見られる。 T-bet発現の回復は、Th1応答に免疫バランスをシフトし、in vivoで病理学的な肺の炎症を防止し、減衰させます。

さらに、T-betは細胞内病原性感染症から保護されています。 T-bet誘導IFN-γ産生の廃止は、細菌感染に対する防御におけるT-bet発現Th1細胞によるIFN-γ産生の重要性を強調し、結核菌、リーシュマニア大、およびサルモネラチフミリウムを含むin vivoでの細胞内病原体に対するより高い感受性をもたらした。 ナチュラルキラー細胞によるINF-γ産生は、L.monocytogenesに対するホストの防御のために必要かつ十分であるため、しかし、T-bet欠損マウスは、リステリアmonocytogenesによる感染に

さらに、T-betは、炎症性腸疾患、実験的自己免疫性脳脊髄炎、炎症性関節炎、I型糖尿病などの炎症性および自己免疫疾患の発症を悪化させる可能性があ これらの知見は，ｔ-ｂｅｔ発現の調節による免疫応答の微調整が，慢性ぜん息，炎症性腸疾患，関節炎，多発性硬化症および糖尿病患者に有益な効果を有することを示唆している。

6. 結論と視点

T-betは、典型的には発生調節に関与しているが、Th細胞分化に複数の機能を発揮するT-boxドメイン含有転写因子であり、IFN-γ発現Th1細胞の転写活性化、Th2、Th17、およびTreg細胞発生の間接的な抑制、およびTH1細胞におけるIL-2産生の微細調節。 このマルチタスクは、T-betがいくつかの翻訳後の変更を受けるので、驚くべきことではありません。 Y525でのリン酸化は、Th2調節中にGATA-3抑制に役割を果たしている、S508でのリン酸化は、T302でのリン酸化は、IL-2産生を微調整する役割を果たし、K313でのユビキチン化は、T-betタンパク質の安定性を制御する役割を果たしている、TH1細胞におけるIL-2調節のコンテキストでNF-κ b p65抑制を引き起こす。 したがって、T-betの翻訳後修飾は、その機能的多様性とサイトカイン発現のその調節の複雑さを容易にする（図2）。 様々な翻訳後修飾が逐次的または同時に起こるかどうか、あるタイプのタンパク質修飾が他の修飾に影響するかどうか、またはT-betの翻訳後修飾の変 T-bet機能に関連する新規タンパク質修飾のさらなる同定は、慢性炎症性および自己免疫疾患を制御するための強力な治療介入の開発に貴重な洞察

フィギュア2

Ｔ ｈ細胞分化において役割を果たす複数のＴ−ｂｅｔ機能。 STAT1およびSTAT4の活性化を介したT-bet発現の誘導は、IFNG、IL12RB2、およびCXCR3などのT-box結合要素含有遺伝子の転写を直接刺激し、それによってTh1細胞 T-BetはS508でセリンリン酸化を受け、その後、IL2プロモーターからNF-κ b p65を募集することにより、Th1細胞におけるIL-2産生をダウンレギュレートする。 Th1細胞におけるT-betのタンパク質レベルは、ユビキチンを介したプロテアソーム分解経路によって制御することができる。 さらに、T-betタンパク質は、NFATおよびGATA-3の活性化によって誘導されるTh2サイトカイン産生の抑制を容易にするT302およびY525での追加の翻訳後修飾、例えば、リン酸化を受ける。

略語のリスト

利益相反

利益相反の可能性は明らかにされていない。

謝辞

この研究は、NRF助成金（2013R1A2A2A01068302）を通じて中途研究者プログラムによって支援されました。