Rollen Av Protein Modifikasjoner Av T-Bet I Cytokinproduksjon Og Differensiering Av T-Hjelperceller

Abstrakt

T-Bet (T-box protein uttrykt I t-celler, også kalt SOM TBX21) ble opprinnelig klonet som en viktig transkripsjonsfaktor involvert I forpliktelsen Av t-hjelper (Th) celler Til Th1-linjen. T-Bet aktiverer IFN – gentranskripsjon direkte og forbedrer Utviklingen Av Th1-celler. T-Bet modulerer SAMTIDIG IL-2 og Th2 cytokiner PÅ EN IFN-uavhengig måte, noe som resulterer i en demping Av Th2-celleutvikling. Tallrike studier har vist At T-bet spiller flere roller i mange subtyper av immunceller, inkludert B-celle, dendritiske celler, nk-celler, nk – t-celler og medfødte lymfoide celler. Derfor er T-bet avgjørende for utvikling og koordinering av både medfødte og adaptive immunresponser. For å oppfylle disse flere roller, gjennomgår T-bet flere posttranslasjonelle protein modifikasjoner, slik som fosforylering ved tyrosin, serin, og treonin rester, og ubiquitination på lysin rester, som påvirker avstamning engasjement Under th celle differensiering. Denne gjennomgangen presenterer en aktuell oversikt over fremdriften i å forstå rollene til ulike typer t-bet-proteinmodifikasjoner i reguleringen av cytokinproduksjon under Th-celledifferensiering.

1. Innledning

T-Bet (t-box protein uttrykt I t-celler, også kalt TBX21) ble først beskrevet i 2000 i en rapport som undersøkte effekten Av T-bet på differensiering Av t-hjelper 1 (Th1) celler . I de siste 15 årene har mange studier undersøkt funksjonene Til T-bet og har avslørt flere roller for dette proteinet under Th-celledifferensiering, med fokus på de involverte molekylære mekanismene, de nye funksjonene til denne transkripsjonsfaktoren i medfødte immunceller og T-bet-mediert modulering av inflammatoriske sykdommer . Det har blitt avklart At T-bet spiller en kritisk rolle i koordinasjonen av medfødt immunitet og adaptiv immunitet, og at Den oppfyller en viktig funksjon i å modulere kroniske inflammatoriske sykdommer, inkludert astma og inflammatorisk tarmsykdom, ved å kontrollere et nettverk av svært konserverte genetiske programmer . Dermed synes optimal regulering Av t-bet-uttrykk og aktivitet å være gunstig for å forebygge eller behandle kronisk betennelse og autoimmune sykdommer.

selv om det er gjort forsøk på å identifisere de små molekylene som styrer uttrykket Og aktiviteten Til T-bet som påvirker t-cellemediert immunrespons, har det blitt gjort lite fremgang på dette til dags dato. Gitt betydningen Av T-bet i immunreguleringen, vil det å belyse de funksjonelle mekanismene som ligger til grunn For flere Roller Av T-bet lette utviklingen av nye terapeutiske inngrep for behandling av kroniske inflammatoriske og autoimmune sykdommer. Denne gjennomgangen oppsummerer den nåværende tilstanden av kunnskap om molekylære mekanismer som ligger til grunn for flere roller Spilt Av T-bet i th celle utvikling.

2. Struktur Av T-Bet

T-bet inneholder en amino-terminus, et t-box-domene og en karboksyl-terminus, som viser henholdsvis 82%, 100% og 79% homologi mellom mus (530 aminosyreresterprotein) og mennesker (535 aminosyreresterprotein) (Figur 1). T-box-domenet, som ligger mellom rester 135 og 326 i mus T-bet, er sterkt bevart i 18 medlemmer av t-box protein (TBX) familien . Fellestrekk som deles Av t-box proteiner inkluderer en kapasitet FOR DNA-binding gjennom t-box-domenet og transkripsjonell regulatorisk aktivitet, som spiller en rolle i å kontrollere uttrykket av utviklingsgen i alle dyrearter.

Figur 1

Struktur og protein modifikasjon Av T-bet. Mus Og menneskelig T-bet er 100% identisk I t-box-domenet. Flere aminosyrerester konserveres i mus og gjennomgår posttranslasjonelle modifikasjoner, inkludert fosforylering ved serin, treonin og/eller tyrosinrester, og ubiquitinering ved lysinrester.

180 aminosyrerester og er både tilstrekkelig og nødvendig for binding TIL konsensusens DNA-sekvens TCACACCT . Brachyury (T) var det første t-boksproteinet som ble identifisert og, i dimerisk form, interagerer med de store OG de mindre sporene I DNA gjennom hydrofobe interaksjoner og uvanlig hovedkjedekarbonylkontakt med en guanin som en dimer . TBX1 binder SEG også TIL DNA-sekvensen som en dimer, MENS TBX2 ser ut til å binde seg til SAMME DNA-sekvens som en monomer . SELV OM TBX1 og TBX2 deler 61% identitet i t-box-domenet, ser strukturen TIL DNA-t-box-bindingskomplekset ut til å være forskjellig, på grunn av lav homologi blant amino – og karboksylterminale regioner. T-box-domenet i T-bet viser 50% homologi med det tilsvarende domenet i brachyury (T), TBX1 og TBX2; krystallstrukturen Til T-bet bundet TIL DNA-sekvensen gjenstår imidlertid å bli karakterisert.

3. Regulering Av Th-Celledifferensiering ved T-Bet

3.1. Stimulering Av Th1-Celledifferensiering Ved T-Bet

t-bet binder seg direkte til konsensus-DNA-sekvensen i IFNG-promotoren og aktiverer transkripsjonen. DET T-bet-induserte uttrykket AV IFNG stammer fra forløperceller for å skille Seg Inn I Th1 effektorceller. Mens eksogen t-bet-overuttrykk i naï Th-celler fortrinnsvis øker utviklingen Av Th1-celler, fører t-bet-mangel til manglende produksjon av TILSTREKKELIG IFN-γ og reduserer derfor genereringen Av Th1-celler . T-Bet-uttrykket økes vesentlig ved stimulering Av t-cellereseptoren (TCR) og forsterkes ved behandling MED IFN – γ og IL-12. IFN-γ binder seg til reseptoren og induserer aktivering av signaltransduser og aktivator av transkripsjon (STAT) 1 og transkripsjon Av t-bet-gen (TBX21). Deretter stimulerer t-bet direkte transkripsjonen AV IFNG så VEL SOM IL12RB2. Uttrykk AV IL-12-reseptor (IL-12R) β2 på celleoverflaten forbedrer IFN-γ ytterligere produksjon GJENNOM IL-12 og STAT4 – signalveien, og derved resulterer i fortrinnsrett th1-celledifferensiering. Interessant nok kan håndhevet t-bet-uttrykk også konvertere de differensierte Th2-cellene Til Th1-celler . Derfor er T-bet plassert ved kjernen i de regulatoriske banene som induserer IFN-γ I th-celler.

3.2. Demping AV IL – 2 Produksjon Av T-Bet

I TILLEGG TIL IFN-γ regulering, undertrykker T-bet betydelig uttrykk. Dette cytokinet, en tidlig t-cellevekstfaktor, er avgjørende for aktivering, proliferasjon og differensiering Av Th-celler og produseres rikelig ved tcr-stimulering. Ektopisk introdusert T-bet undertrykker SIGNIFIKANT IL – 2-produksjon gjennom inhibering av kjernefaktor kB (NF-kB) p65-aktivitet, under forhold Med Både Th1 og Th2-differensiering . UNDER Th1 – celledifferensiering dempes også il-2-transkripsjonen ved induksjon Av T-bet. Den T-bet-medierte IL – 2-hemmingen kan påvirke Celleutvidelsen Og modulere den Th1-medierte immunresponsen på en utsøkt måte ved eksponering for et patogen antigen.

3.3. Undertrykkelse Av Th2 – Celleutvikling Ved T-Bet

videre undertrykker eksogen t-bet-innføring I Th-celler produksjonen Av th2-cytokiner, SOM IL-4, IL-5 og IL-13, via undertrykkelse av GATA-bindende protein-3 (GATA-3). Følgelig induserer mangel På T-bet spontan Th2-celleutvikling in vitro og in vivo . Den th2-undertrykkende aktiviteten til T-bet ble også bekreftet i fravær AV IFN-γ, noe som indikerer At T-bet har en diskret hemmende funksjon, uavhengig AV IFN-γ stimulering.

3.4. Andre Funksjoner Av T-Bet

Nylig har mange studier rapportert At T-bet også modulerer Andre th-cellelinjer, inkludert Th17, Treg og follikulære th (TFH) celler, i koordinering med mange transkripsjonsfaktorer, som retinsyre-relatert orphan receptor-yt (RORyt), runt-relatert transkripsjonsfaktor 3 (RUNX3) og b-celle lymfom-6 (BCL6). Disse funnene tyder på At T-bet er en transkripsjonsfaktor som er kritisk for finjustering Av Celleutvikling.

4. Posttranslational Modifikasjon Av T-Bet

t-Bet fungerer som en multitasking spiller i reguleringen Av th celle differensiering. Imidlertid gjenstår de molekylære mekanismene som ligger til grunn For den stimulerende og hemmende aktiviteten Til T-bet ved regulering av målgenuttrykk. Mange multitasking proteiner er kjent for å gjennomgå posttranslasjonelle protein modifikasjoner og for å bestemme celle skjebner ved å utøve direkte stimulerende og indirekte hemmende aktivitet på målet genuttrykk .

4.1. Tyrosinfosforylering Av T-Bet

Antistoffbasert deteksjon av t-bet-proteiner i western blots resulterer i flere bånd, noe som tyder på posttranslasjonell modifikasjon Av T-bet i Tcr-utløste Th-celler. Tyrosinfosforylering av t-bet-protein forekommer primært i de tidlige stadiene (dag 2 til 3) av Th-cellens utvikling, ved TCR-inngrep, og avtar etterpå. Behandling Av th-celler med tyrosinfosfataseinhibitoren pervanadat øker tyrosinfosforyleringen Av T-bet. T-Bet er hovedsakelig lokalisert i kjernen, OG nukleær tyrosinkinase IL2-inducerbar tyrosinkinase (ITK) ble identifisert som ansvarlig oppstrøms tyrosinkinase. ITK-mangel forhindrer tyrosinfosforylering Av T-bet i Th-celler etter stimulering med TCR og IL-12. Mutasjonell forskning har vist at tyrosinrester 525 (Y525) er det relevante fosforyleringsstedet, og at fosforylering på dette stedet spiller en viktig rolle i samspillet med GATA-3. Selv Om t-box-domenet i T-bet er viktig FOR DNA og protein-protein-interaksjon, er tyrosinfosforylering Av Y525 forutsetning for undertrykkelse av GATA-3-mediert Th2-celledifferensiering. Blokade Av y525 fosforylering opphever interaksjon med OG suppresjon AV GATA-3, noe som resulterer I nedsatt th2 suppresjon .

videre induserer en annen nukleær tyrosinkinase, c-Abl, fosforylering Av T-bet ved tyrosinrester 219, 265 og 304 i mus T-bet. En mangel på c-Abl samt mutasjon Av T-bet ved disse residuene (Y219/265/304f mutanter) fører til en manglende økning I INDUKSJON AV IFN-γ og til å undertrykke Th2-cytokinproduksjon, på grunn av tap av fosforylering ved disse tyrosinrester. Dette resulterer i sin tur i forverring av allergisk lungebetennelse in vivo . Disse funnene tyder på AT ITK – Og c-Abl-indusert tyrosinfosforylering Av T-bet er avgjørende for modulering Av Th2-celleutvikling og allergisk immunrespons.

4.2. Serinfosforylering Av T-Bet

Selv Om T-bet-mediert undertrykkelse Av Th2 – celleutvikling er svekket av mutasjon Av Y525 og fravær Av c-Abl-kinase, BEHOLDES IL-2-suppresjon med En Y525-mutant T-bet, noe som tyder på at DET finnes en ytterligere reguleringsmekanisme FOR IL-2-modulering . Interessant kan utseendet på flere bånd Av t-bet-protein på vestlige blotter elimineres ved tilsetning av kalvintarmfosfatase, som overveiende eliminerer fosforylering ved serin/treoninrester. Massespektrometrisk analyse avslørte deretter serin 508 (S508) som et annet fosforyleringssted I T-bet. Mutasjon Av S508 avskaffer kasein kinase- (CK-) og glykogen syntase kinase-3 (GSK-3-) mediert fosforylering I T-bet, SÅ VEL SOM IL-2-undertrykkende aktivitet av proteinet. Videre er s508 fosforylering viktig for samspillet Mellom T-bet og NF-kB p65 og for forebygging AV binding AV NF-kB p65 TIL IL2-promotoren. I samsvar med funksjonen Til T-bet som en nf-kB p65-hemmer, Opprettholder T-bet-null Th1-celler NF-kB p65-aktivitet under Th1-celledifferensiering og produserer dermed MER IL-2. Derfor har Det blitt foreslått At T-bet er en fysiologisk hemmer AV IL-2 under Th1-celledifferensiering, gjennom s508 fosforyleringsavhengig undertrykkelse AV NF-kB p65.

4.3. Threonin Fosforylering Av T-Bet

Svært nylig ble treonin 302 (T302) karakterisert som et nytt fosforyleringssted I T-bet, selv om det fortsatt er uklart hvilken kinase Og fosfatase som påvirker fosforyleringen av denne rest. Men restaurering Av T-bet-null th-celler med En T302-mutant t-bet stimulert IFN-γ produksjon så mye som gjorde wild-Type T-bet; mutanten klarte imidlertid ikke å undertrykke IL-2 og Andre th2 cytokiner. Videre analyse viste At t302 fosforylering er nødvendig for samspillet Mellom t-bet og nukleær faktor av aktiverte t-celler (NFAT) og for nedregulering AV NFAT-medierte IL-2 og Th2 cytokiner, SOM IL-4, IL-5 og IL-13. NFAT er ikke avgjørende for induksjon AV ifn-γ produksjon og T302-mutant T-bet er i stand til å binde SEG TIL IFNG-arrangøren; DERMED VAR IFN-γ produksjon sammenlignbar mellom wild-type og mutant t-bet. Med andre ord opphevet mutasjonen Av T302 den T-bet-medierte undertrykkelsen AV IL-2-og th2-cytokinproduksjonen, men påvirket ikke Den DNA-bindende OG IFN-γ-stimulerende aktiviteten Til T-bet.

Faktisk er T302 plassert I DEN DNA-bindende t-boksen, som Er Y304 . T-box-domenet består av flere gjentakelser av ③ – strands og α-helices og er involvert i både dimerisering og DNA-binding . Muller Og Herrmann forutslo at α-helices aH3 og aH4 i brachyury (T) er viktige for direkte interaksjon av dette proteinet med de mindre OG store sporene I DNA . T302 kan imidlertid ikke knyttes direkte til DNA-sporene, uavhengig av fosforyleringsstatus. Det ville være interessant å vite hvilke oppstrøms kinase og fosfatase regulerer t302 fosforylering og Om T302 fosforylering påvirker andre protein modifikasjoner Av T-bet.

4.4. Ubiquitination Av Lysin 313 I T-Bet

t-bet-uttrykk er kritisk for transkripsjonell regulering AV IFNG og for utvikling Av Th1-celler, men måten å regulere T-bet på proteinnivået er ennå ikke identifisert. Jang et al. Har nylig rapportert At T-bet gjennomgår ubiquitination-mediert proteasomal nedbrytning i de senere stadier Av Th1 celledifferensiering . Av de 16 lysinrester som er tilstede i mus T-bet-protein, er 11 hovedsakelig lokalisert innenfor t-box-domenet, og de resterende 5 er lokalisert ved karboksylterminalen (rester 326 til 530), mens ingen lysinrester er tilstede i aminoterminalen (rester 1 til 134). Interessant er lysinrester i t-box-domenet fortrinnsvis ubiquitinert på overuttrykk av ubiquitin. Videre analyse har identifisert at mutasjon av lysin 313 (K313) reduserer ubiquitination-mediert t-bet degradering og forbedrer ekspresjonsnivået Av T-bet i kjernen og cytoplasma. Til tross for økte nivåer Av k313 mutant, denne mutasjonen fullstendig opphevet T-bet funksjoner som involverer DNA-binding, transkripsjonell aktivering AV IFNG, og undertrykkelse AV IL-2 og Th2 cytokin produksjon. Krystallstrukturen til ③ – helices av T-box-domenet bundet TIL DNA antyder sterkt at aminogruppen K313 er assosiert med fosfatet til EN DNA-base via hydrogenbindingsinteraksjon. I tillegg fører mutasjon Av K313 også til manglende evne til å undertrykke IL-2 og th2 cytokinproduksjon, men interaksjonen med OG undertrykkelsen AV GATA-3 og NF-kB p65 endres ikke ved mutasjon Av K313. INTERESSANT er NFAT-interaksjon avskaffet I K313-mutant T-bet, som også er sterkt forbundet med fravær av fosforylering Ved T302. Det er ikke klart ennå om Og hvordan K313 regulerer t302 fosforylering og omvendt.

5. T-Bet I Inflammatoriske Og Autoimmune Sykdommer

Siden Mosmann et al. oppdaget th1-Og Th2-undergrupper som produserer signaturcytokiner, IFN-γ og IL-4, IL-5 og IL-13, og som modulerer inflammatoriske og allergiske immunresponser, har videre studier identifisert nye undergrupper Av Th-celler, Som Th17 -, TFH-og Treg-celler . Omfattende studier har også preget cytokin signalveier og transkripsjonsfaktorer involvert i regulering av immunresponser mot patogener . Det er viktig At T-bet spiller en grunnleggende rolle i å kontrollere differensiering av Flere undergrupper Av Th-celler og i modulerende inflammatoriske og autoimmune sykdommer .

t-Bet fungerer også som en antiastmatisk regulator. En mangel på t-bet fører spontant til utvikling av astmatiske symptomer, som er preget av økt eosinofilinfiltrasjon i luftveiene, slimutskillende bobelcellehyperplasi og kronisk luftveisomforming med kollagenakkumulering og proliferative myofibroblaster; disse funksjonene ses ofte også hos astmatiske pasienter. Restaurering Av T-bet-uttrykk skifter immunbalansen Til En Th1-respons og forhindrer og demper patologisk lungebetennelse in vivo .

Videre er T-bet beskyttet mot intracellulære patogene infeksjoner. Opphevelse AV T-bet-indusert IFN-γ produksjon resulterte i høyere følsomhet for intracellulære patogener in vivo, inkludert Mycobacterium tuberculosis, Leishmania major og Salmonella typhimurium, og understreket viktigheten AV IFN-γ produksjon av T-bet-uttrykker Th1 celler i forsvaret mot bakterieinfeksjoner. Imidlertid er t-bet-mangelfulle mus resistente mot Infeksjon Av Listeria monocytogenes, fordi inf-γ produksjon av naturlige dreperceller er både nødvendig og tilstrekkelig for vertsforsvaret mot L. monocytogenes .

Videre kan T-bet forverre utviklingen av inflammatoriske og autoimmune sykdommer, inkludert inflammatorisk tarmsykdom, eksperimentell autoimmun encefalomyelitt, inflammatorisk artritt og type i diabetes, da disse inflammatoriske sykdommene dempes i fravær Av T-bet . Disse funnene tyder på at finjustering av immunresponsen ved modulering Av T-bet-uttrykk kan ha gunstige effekter for pasienter med kronisk astma, inflammatorisk tarmsykdom, leddgikt, multippel sklerose og diabetes.

6. Konklusjoner Og Perspektiver

T-bet Er En t-box-domeneholdig transkripsjonsfaktor som typisk er involvert i utviklingsregulering, men utøver flere funksjoner i th-celledifferensiering; transkripsjonell aktivering AV IFN-γ-uttrykkende Th1-celler, indirekte undertrykkelse Av Th2 -, Th17-og Tregcelleutvikling og finmodulering AV IL – 2-produksjon I Th1-celler. Denne multitaskingen er ikke overraskende, Da T-bet gjennomgår flere posttranslasjonelle modifikasjoner. Fosforylering Ved Y525 spiller en rolle I GATA-3-undertrykkelse Under Th2-regulering, fosforylering ved S508 forårsaker nf-kB p65-undertrykkelse i sammenheng MED IL-2-regulering I Th1-celler, fosforylering Ved T302 spiller en rolle i finjustering AV IL-2-produksjon, og ubiquitinering ved K313 spiller en rolle i å kontrollere t-bet-proteinstabilitet. Dermed letter posttranslasjonell modifikasjon Av T-bet sitt funksjonelle mangfold og kompleksiteten av dets modulering av cytokinuttrykk (Figur 2). Det er ikke kjent om de forskjellige posttranslasjonelle modifikasjonene forekommer sekvensielt eller samtidig, om en type proteinmodifisering påvirker annen modifikasjon, eller om endringer i Posttranslasjonell modifikasjon Av T-bet er relatert til utviklingen av smittsomme og kroniske inflammatoriske sykdommer. Videre identifisering av nye proteinmodifikasjoner relatert Til t-bet-funksjoner vil gi verdifull innsikt i utviklingen av kraftige terapeutiske inngrep for å kontrollere kroniske inflammatoriske og autoimmune sykdommer.

Figur 2

Flere T-bet-funksjoner spiller en rolle I th-celledifferensiering. Induksjon Av t-bet-uttrykk gjennom aktivering AV STAT1 og STAT4 stimulerer direkte transkripsjonen av t-boksbindende elementholdige gener, SOM IFNG, IL12RB2 og CXCR3, og derved forbedrer Th1-celleutviklingen. T-Bet gjennomgår serinfosforylering ved S508 og nedregulerer DERETTER IL – 2-produksjon I Th1-celler ved å rekruttere NF-kB p65 fra IL2-promotoren. Proteinnivåer Av T-bet i Th1-celler kan styres av ubiquitin-mediert proteasomal nedbrytningsvei. Videre gjennomgår t-bet-protein ytterligere posttranslasjonelle modifikasjoner, for eksempel fosforylering Ved T302 Og Y525, noe som letter undertrykkelsen Av th2-cytokinproduksjonen som induseres ved aktivering AV NFAT og GATA-3.

Liste Over Forkortelser

Interessekonflikt

ingen potensiell interessekonflikt ble avslørt.

Bekreftelse

dette arbeidet ble støttet Av Mid-Karriere Forsker Program GJENNOM NRF Grant (2013R1A2A2A01068302).