組蛋白去甲基化酶KDM2B對天然免疫應(yīng)答的調(diào)控作用及表觀機制研究.pdf

1、天然免疫系統(tǒng)及其誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)是機體抵抗病原體入侵的重要手段，機體通過啟動天然免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)從而有效地預(yù)防和清除病原體的感染，但是當(dāng)炎癥反應(yīng)過度活化或者持續(xù)存在時，又會引起器官和組織的損傷。病原體或內(nèi)源性配體觸發(fā)的天然免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展過程中涉及到很多關(guān)鍵基因的表達調(diào)控，深入研究其中的機制對預(yù)防和控制炎癥反應(yīng)具有重要的意義。表觀遺傳修飾是近年來研究基因表達調(diào)控的熱門領(lǐng)域之一，而且越來越多的研究發(fā)現(xiàn)表觀遺傳修飾也參與天然免疫

2、應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的調(diào)控，其機制可以是直接作用于某些細胞因子的基因轉(zhuǎn)錄，也可以是靶向重要的信號分子，通過激活或調(diào)節(jié)該分子的基因表達，最終發(fā)揮對免疫應(yīng)答的調(diào)控作用。
　　組蛋白修飾是一種重要的并且研究較多的表觀遺傳修飾方式，它最基本的作用是調(diào)控基因的表達，在炎癥、腫瘤、自身免疫病等許多生理病理過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。甲基化是組蛋白常見的表觀修飾形式，研究發(fā)現(xiàn)組蛋白甲基化修飾主要是通過調(diào)控基因的組蛋白甲基化狀態(tài)，改變基因的表達水平，進

3、而調(diào)控免疫細胞的生長發(fā)育和凋亡，參與機體免疫應(yīng)答反應(yīng)。組蛋白甲基化修飾是組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶共同參與調(diào)節(jié)的過程，這兩種酶的作用位點主要發(fā)生在組蛋白賴氨酸和精氨酸上，近年來逐漸有研究發(fā)現(xiàn)許多組蛋白修飾酶在天然免疫應(yīng)答的調(diào)控中發(fā)揮了重要作用，比如組蛋白H3K4特異性甲基轉(zhuǎn)移酶MLL和WDR5可以促進細胞因子TNF-α的產(chǎn)生，組蛋白H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶Suv39h1和Setdb1與細胞因子IL-2的表達水平有關(guān)，以及組蛋白H3K27特異

4、性去甲基化酶JMJD3和UTX可以促進炎癥因子的表達。此外，隨著越來越多組蛋白修飾酶的功能的深入研究，發(fā)現(xiàn)同一種修飾方式發(fā)生在不同的基因上可能會對免疫應(yīng)答及炎癥反應(yīng)產(chǎn)生相反的作用，如組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Ash11，它能特異性調(diào)節(jié)基因啟動子區(qū)組蛋白H3K4的甲基化水平，但因為與上述MLL和WDR5所結(jié)合的基因不同，最終發(fā)揮了抑制炎癥細胞因子表達的作用。因此，探索組蛋白修飾的機制對于深入研究天然免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的調(diào)控具有重要意義。
　　

5、本課題研究的組蛋白去甲基化酶KDM2B又稱Jhdm1b或Fbxl10，定位于細胞核內(nèi)，是組蛋白H3K4me3和H3K36me2的特異性去甲基化酶。KDM2B可以調(diào)控細胞凋亡，抑制細胞的衰老，調(diào)控造血干細胞的自我更新、神經(jīng)管的形成以及胚胎的發(fā)育，此外它還參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。但是關(guān)于KDM2B與天然免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的關(guān)系目前尚未報道。
　　我們的研究發(fā)現(xiàn)KDM2B在小鼠巨噬細胞中表達水平較高，并且在TLR4配體LPS刺激后表達下調(diào)

6、。利用siRNA干擾KDM2B的表達，可以顯著抑制巨噬細胞中TLR配體誘導(dǎo)的IL-6的產(chǎn)生，但對IFN-β和TNF-α的產(chǎn)生無顯著影響。構(gòu)建了KDM2B基因敲除小鼠，進一步發(fā)現(xiàn)KDM2B基因敲除小鼠的腹腔巨噬細胞中TLR配體誘導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生顯著降低，但是LPS誘導(dǎo)的TNF-α和IFN-β以及病毒VSV和HSV誘導(dǎo)的IFN-β的產(chǎn)生較野生型對照小鼠巨噬細胞無明顯差異。小鼠腹腔注射LPS構(gòu)建內(nèi)毒素休克模型發(fā)現(xiàn)KDM2B缺陷小鼠血清中IL-

7、6水平較對照小鼠顯著降低，而TNF-α、IFN-β、IL-1β和IL-12無明顯差異，肺部炎癥損傷顯著減輕。在DSS誘導(dǎo)的小鼠腸炎模型，KDM2B缺陷小鼠體重下降較對照小鼠減少，血清中產(chǎn)生的IL-6水平較低，腸道炎癥損傷程度更輕。信號通路研究表明KDM2B缺陷并不影響巨噬細胞中LPS誘導(dǎo)的MAPK、NF-κB和IRF3通路的活化水平。機制研究發(fā)現(xiàn)在LPS刺激的巨噬細胞中，KDM2B可以結(jié)合到IL-6基因啟動子區(qū)，但是并不能與TNF-α和

8、IFN-β的基因啟動子區(qū)結(jié)合，而且不影響這三種細胞因子基因啟動子區(qū)組蛋白H3K4me3和H3K36me2修飾的水平。進一步對LPS刺激前后的巨噬細胞的核蛋白利用抗KDM2B的特異性抗體進行免疫沉淀，將免疫沉淀復(fù)合物進行蛋白電泳分離后切割組間的差異條帶進行質(zhì)譜檢測分析，發(fā)現(xiàn)其中有一個跟染色質(zhì)重塑相關(guān)的蛋白BRG1。BRG1屬于進化上高度保守的SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合物的核心催化亞基成員之一，能調(diào)控基因的染色質(zhì)開放程度，從而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)

9、錄表達。免疫沉淀實驗進一步證明KDM2B能結(jié)合BRG1，而KDM2B缺陷降低IL-6啟動子區(qū)染色質(zhì)開放水平。
　　總之，我們的研究表明KDM2B選擇性促進巨噬細胞中TLR誘導(dǎo)的IL-6的產(chǎn)生，增強免疫炎癥反應(yīng)，其初步機制是KDM2B在核內(nèi)與染色質(zhì)重塑復(fù)合物的核心亞基BRG1相互作用，通過BRG1對IL-6基因啟動子區(qū)的染色質(zhì)進行重塑使其開放程度增加，從而促進了IL-6的轉(zhuǎn)錄表達，但尚需進一步深入研究。該研究發(fā)現(xiàn)了組蛋白去甲基化酶K