新的LJI研究对于控制T细胞活性具有重大意义

根据《 免疫》杂志上的最新研究，T 细胞有一个核受体，它可以做一些非常奇怪但非常重要的事情，帮助它们对抗病原体并摧毁癌细胞。这种受体被称为视黄酸受体 α (RARα)，已知可以控制细胞核中的基因表达程序，但它现在似乎也在细胞核外运作，以协调细胞表面触发的早期事件，从而导致 T 细胞激活。

科学家通常不会期望看到 RARα 等核受体在细胞核外发挥这种作用。然而新的发现表明，如果细胞质中没有 RARα 的存在，T 细胞就无法开始对抗疾病。

“事实证明，细胞质视黄酸受体是 T 细胞的核心，它将细胞表面的传感与下游信号级联和基因表达程序联系起来，从而将 T 细胞转变为活跃的战斗机，”Hilde Cheroutre 教授说 。，他与 LJI助理教授 Samuel Myers 博士一起在拉霍亚免疫学研究所 (LJI) 领导了这项新研究。 , LJI Mitchell Kronenberg 教授，博士 和 LJI 名誉教授 Amnon Altman 博士

该研究也是日本理化学研究所综合医学中心的科学家以及加州大学圣地亚哥分校和索尔克研究所的当地团队成功合作的结果。

帮助 T 细胞应对危险

为了理解这一发现，了解 T 细胞的地理结构会有所帮助。细胞核(及其捆绑的 DNA)位于细胞的中间。其他分子和细胞结构(称为细胞器)漂浮在细胞核外的细胞质中，周围有细胞边界的膜(细胞膜)。

称为 T 细胞受体 (TCR) 的特殊分子位于细胞膜上，在那里它们接收来自其他细胞的信息。您可以将 TCR 想象成火灾观察员，即在荒野中的偏远小屋中寻找烟雾的瞭望员。正如消防员需要向官员发出远处任何烟雾的警报一样，TCR 在检测到潜在威胁(例如病毒或癌细胞)时也需要快速向总部(细胞核)发出信号。

将该信号发送到细胞核对于激活基因表达以将 T 细胞转变为战斗机细胞至关重要。但 TCR 不能只是拿起电话，那么它们如何提醒远处的细胞核出现麻烦呢?

信号传递过程非常有趣。一旦 TCR 被触发，称为激酶(将磷酸盐添加到蛋白质中的酶)的分子就会与适配器一起工作，告诉附近的蛋白质“点击”在一起并组装出特殊的分子“激活复合物”。这种复合物称为 TCR 信号体，它在细胞膜内聚集。“TCR 信号体对于介导细胞内外的通讯极其重要，”Cheroutre 说。

尽管 TCR 信号体已经被很多人研究了很多很多年，但之前没有人在这个激活复合物中检测到 RARα。

“这一新发现将改变我们对 TCR 信号的看法，”Kronenberg 说。

揭示 RARα 的作用

由于 CRISPR 技术的发展、成像和质谱技术的进步以及 LJI 团队和合作者多年的辛勤工作，RARα 的秘密得以曝光。

RARα 属于视黄酸受体大家族，通常位于细胞核中靶基因的控制区域。这些视黄酸受体招募阻遏分子和激活分子，使它们“关闭”或“打开”这些靶基因的表达。视黄酸受体在细胞核中的这项重要工作为它赢得了“核受体”的称号。

几年前，Cheroutre 和她的同事发表的研究表明，从维生素 A 中获取的视黄酸 (RA) 会触发核 RARα 和基因表达，这对于抑制性调节 T 细胞的分化至关重要，从而降低免疫反应。

在这项新研究中，Cheroutre 希望研究视黄酸如何控制抑制性 T 细胞的命运，因此她的实验室开始更仔细地研究视黄酸受体，例如 RARα。

研究人员好奇地发现 RARα 实际上有两种变体，称为异构体。“这些亚型由相同的基因编码，但它们在一端略有不同。然而，其后果更为重要，一种形式被锁定在细胞质中，而另一种形式则被限制在细胞核中。”Cheroutre 说。

这两种异构体在 T 细胞中发挥不同的作用吗?仔细观察后，研究人员意识到这种 RARα 异构体对视黄酸没有反应，甚至没有合适的设备来发挥核受体的作用。

“它不具备对核受体很重要的工具，即与 DNA 相互作用的能力以及从细胞质转移到细胞核的能力，”Cheroutre 说。

研究人员利用CRISPR基因编辑技术调节这两种亚型的表达，发现调节细胞质亚型会导致细胞质中的TCR信号传导出现重大问题，并损害与细胞核中控制中心的通讯。

RARα 在正确的时间出现在正确的地点

一旦知道在哪里寻找这种 RARα 同工型，研究人员就试图找出 RARα 与哪些其他蛋白质相互作用。这项工作揭示了与激酶 ZAP70 的相互作用，ZAP70 是 TCR 信号体的主要组成部分。

RARα 在细胞核外发挥作用的另一个重要的早期线索来自迈尔斯实验室领导的蛋白质组学工作。研究人员使用质谱技术来检测称为磷酸化的过程，即一种称为磷酰基的分子通过上游激酶附着到蛋白质上。

对于 T 细胞来说，当威胁临近时，磷酸化会刺激关键蛋白质发挥作用。“在 T 细胞刺激的第一个小时左右，会发生数百到数千个动态磷酸化事件，”Myers 说。

当迈尔斯和他的同事检查他们的数据时，他们惊讶地发现了与 RARα 相关的磷酸化事件。事实上，RARα 的磷酸化在 T 细胞激活后仅三分钟就开始了。“因为这个事件发生得那么早，我们的研究结果表明 RARα 的磷酸化位于 T 细胞受体附近，并且在 TCR 受到刺激后，它的活性就会突然爆发，”Myers 说。

这一发现进一步证明 RARα 的细胞质亚型是由 TCR 激活的，而不是像核 RARα 那样由 RA 激活。因此，这种新形式的 RARα 代表了细胞表面 TCR/ZAP70 激活复合物的重要组成部分。

切鲁特和她的同事随后揭示了细胞质中另一个令人着迷的现象。科学家们知道，存在于血液中并被 T 细胞吸收的 RA 通过一种称为细胞视黄酸结合蛋白 2 (CRABP2) 的分子进一步转运到细胞核。细胞质中的 CRABP2 与 RA 结合并将其携带到细胞核中，在细胞核中激活核 RARα。

研究人员发现，如果没有 CRABP2，RA 仍保留在 T 细胞的细胞质中，它不会激活细胞质 RARα，而是干扰细胞质中 TCR 激活的 RARα，并阻止 T 细胞激活。结果，T 细胞无法再有效地抵抗感染或杀死癌细胞。这种现象好的一面是RA对细胞质RARα的干扰降低了T细胞的炎症反应。研究人员认为这个过程可能成为对抗自身免疫性疾病和其他炎症性疾病的重要目标。

了解 TCR 信号传导的后续步骤

这项新研究强调不仅要了解受体的位置，还要了解其特殊才能和相互作用的伙伴。

“视黄酸受体确实是‘复杂的形成者’，这完全取决于它们招募或拒绝谁。它们具有与分子结合并释放其他分子的独特能力，”Cheroutre 说。“视黄酸受体是复合物的‘建筑师’。”

目前的研究重点是 T 细胞，但它可能对理解许多其他细胞类型的信号传导有影响。例如，Cheroutre 实验室继续显示这种 RARα 同工型在癌细胞的细胞质中过度表达。核外 RARα 在那里做什么?它有助于传递什么信号?

“了解这种受体的作用对于研究保护性免疫、抗癌疗法、自身免疫性疾病和神经系统疾病具有重大意义，”Cheroutre 说。

迈尔斯实验室将带头开展这项研究的后续步骤。Myers 希望弄清楚 RARα 在 TCR/ZAP70 信号复合物中的确切作用。“它会调节信号强度或持续时间吗?信号的变化如何传播到基因表达和 T 细胞活性?” 他问。他的实验室计划使用“系统生物化学”方法进一步研究细胞质和细胞核 RARα 在 T 细胞激活和分化中的作用。

迈尔斯说：“最终目标是看看我们是否能够确定一条或一组新途径，可用于控制自身免疫性疾病和炎症或增强保护性免疫力以根除肿瘤或对抗感染。”

该研究“T 细胞激活在空间和时间上受核外和核 RARα 控制”的其他作者是 Alexandre Larange、Ikuo Takazawa、Kiyokazu Kakukawa 和 Nicolas Thiault;合著者 Soomun Ngoi、Meagan E. Olive、Hitoshi Iwaya、Laetitia Seguin、Ildefonso Vicente-Suarez、Stephane Becart、Greet Verstichel、Ann Balancio、Amnon Altman、John T. Chang、Ichiro Taniuchi 和 Bjorn Lillemeier。

这项研究得到了国立卫生研究院(拨款 U01 AI125957、P01 DK46763 和 R01 AI106298)、菲利普基金会和 CCFA 奖学金 (697275) 的支持。