X-свързаният епигенетичен регулатор UTX контролира присъщите на NK клетките полови различия
Dec 27, 2023
Резултатите от вирусна инфекция са предубедени към пола, като мъжете обикновено са по-податливи от жените. Парадоксално, броят на антивирусните естествени клетки убийци (NK) се увеличава при мъжете. Ние демонстрираме, че докато броят на NK клетките е увеличен при мъжки мишки, те показват намалена ефекторна функция в сравнение с женските при мишки и хора. Тези разлики не зависят единствено от гонадалните хормони, тъй като те продължават да съществуват при гонадектомирани мишки. Kdm6a (който кодира протеина UTX), епигенетичен регулатор, който избягва инактивирането на X, е по-нисък в мъжките NK клетки, докато присъщият на NK клетки UTX дефицит при женски мишки увеличава броя на NK клетките и намалява ефекторните отговори. Освен това, мишки с дефицит на UTX, присъщ на NK клетки, показват повишена смъртност спрямо миши цитомегаловирус. Интегративният мултиомичен анализ разкрива критична роля на UTX в регулирането на достъпността на хроматина и генната експресия, критична за NK клетъчната хомеостаза и ефекторната функция. Взети заедно, тези данни предполагат UTX като критичен молекулярен фактор за половите различия в NK клетките.
Съществуват еволюционно запазени полови различия както във вродените, така и в адаптивните имунни отговори1,2. Докато мъжете са по-малко податливи на автоимунитет, те също така развиват по-малко мощен антивирусен имунен отговор от жените. Например, мъжете имат по-голямо натоварване с човешки цитомегаловирус (HCMV) след инфекция, което предполага повишена чувствителност към вирусни заплахи4. Това също беше илюстрирано наскоро по време на пандемията от коронавирусната болест 2019 (COVID-19), при която се предполага, че силното мъжко пристрастие към тежко заболяване отразява половите различия в имунните отговори5. Множество проучвания при хора и мишки наскоро съобщават за разлики в разпределението и/или функцията на имунните клетки при мъже спрямо жени6,7. Въпреки това, молекулярната основа за тези разлики и механизмите, чрез които тези разлики влияят върху резултатите от заболяването, остават слабо разбрани. Половите разлики при бозайниците се определят не само от различни гонадални хормони, но и от дозата на половите хромозоми1. Експресията на подгрупа от Х-свързани гени, например, е по-висока при жените (XX), отколкото при мъжете (XY)8. Докато женските се подлагат на случайно инактивиране на X-хромозома (XCI), за да поддържат подобни нива на експресия на X-свързан протеин между половете, XCI е непълна, като 3–7% от гените на X-хромозомата избягват инактивирането при мишки и 20–30% избягват инактивирането при мишки хора8,9. Като такива, диференциалните нива на X-свързана генна експресия при жени спрямо мъже са свързани с полови различия в широк спектър от състояния, включително дефекти на невралната тръба10 и автоимунни заболявания11,12. Като циркулиращи вродени лимфоцити тип 1, NK клетките служат като ранна линия на защита срещу членове на семейството на херпесвирус13. Значението на NK клетките в антивирусния имунитет е илюстрирано при пациенти с дефектен брой или функционалност на NK клетки, които са силно податливи на инфекция от херпесвируси като HCMV и Epstein-Barr virus14. При мишки NK клетките са необходими за контрола на миши цитомегаловирус (MCMV) и други вирусни инфекции15. Мишки с генетичен дефицит във функцията на NK клетки или загуба на брой NK клетки имат значително увеличение на вирусните титри и смъртността след инфекция с MCMV15-18. По този начин NK клетките са критични за антивирусния имунитет както при мишки, така и при хора.
cistanche tubulosa - подобряват имунната система
Като се има предвид мощната антивирусна функция на NK клетките, следователно беше неочаквано, че податливите на вирус мъже показват по-висок брой NK клетки6,7. Освен броя на NK клетките, други неоценени по-рано сексуално диморфни характеристики на NK клетки могат вместо това да обяснят половите разлики по време на вирусна инфекция. Ние демонстрираме, че докато мъжките NK клетки показват подобрена клетъчна годност при мишки, те показват намалена ефекторна функция при мишки и хора. Тези полови отклонения в състава и функцията на NK клетките не се дължат напълно на хормонални разлики, тъй като те продължават при гонадектомирани мишки. Чрез скрининг на диференциална експресия ние идентифицирахме X-свързания епигенетичен регулатор и известния XCI escapee UTX, който беше експресиран при значително по-ниски нива както в миши, така и в човешки мъжки NK клетки. UTX регулира както годността на NK клетките, така и ефекторната функция по дозозависим начин, тъй като хаплонедостатъчността на UTX в женските NK клетки е достатъчна, за да увеличи броя на NK клетките, като същевременно уврежда производството на цитокини и цитотоксичността. Женските UTX-дефицитни NK клетки показват повишена устойчивост in vivo и резистентност към апоптоза ex vivo, както и повишена чувствителност към MCMV инфекция. Тези ефекти са независими от присъщата деметилазна активност на UTX, тъй като броят на NK клетките и производството на интерферон (IFN) са непроменени при мишки, експресиращи „мъртъв от деметилаза“ UTX мутант. Интегративен анализ, използващ анализа за достъпен за транспозаза хроматин, използвайки секвениране (ATAC-seq), масово РНК секвениране (RNA-seq) и анти-UTX CUT&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation Assay) на див тип (WT) и UTX- дефицитните NK клетки разкриха критична роля на UTX в регулирането на експресията на генни локуси, участващи във фитнеса на NK клетките и ефекторните отговори. Нашите открития идентифицират UTX като основен двигател на половите различия в хомеостазата на NK клетките и ефекторната функция чрез деметилаза-независима модулация на генната експресия.
cistanche tubulosa - подобряват имунната система
Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity
【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
Резултати
NK половият диморфизъм е независим от гонадните полови хормони
Неотдавнашно изследване, изследващо далаците на C57BL/6 мишки, съобщава за повишен брой NK клетки при мъжки спрямо женски19. В съответствие с тези данни, ние наблюдавахме, че NK клетките на далака (идентифицирани като CD3− TCR − NK1.1+; Разширени данни Фиг. 1a) са увеличени по честота (Фиг. 1a, b) и абсолютни числа (Фиг. 1c ) при мъжки C57BL/6 мишки в сравнение с женски. Тези констатации предполагат, че други сексуално диморфични характеристики извън броя на NK клетките могат да обяснят повишената чувствителност на мъжете към вирусни инфекции. В отговор на вирусна инфекция NK клетките са критични за ранното производство на провъзпалителни цитокини, особено IFN- 20-22. За да проверим дали съществуват полови различия в присъщата функция на NK клетките, ние сравнихме производството на ефекторни цитокини в NK клетки, изолирани от женски срещу мъжки мишки ex vivo. Стимулирането с провъзпалителните цитокини интерлевкин (IL)-12 и IL-15 води до по-ниско производство на IFN от мъжки NK клетки (Фиг. 1d,e и Разширени данни Фиг. 1b). Подобни резултати се наблюдават в отговор на IL-12 и IL-18 (разширени данни Фиг. 1c,d), което предполага съответен дефект в реакцията на мъжките NK клетки към цитокинова стимулация. Освен това, човешки NK клетки (TCR − CD3− CD56+), изолирани от мононуклеарни клетки на периферната кръв (PBMCs), активирани с IL-12 и K562 левкемични клетки, водят до по-нисък процент на IFN- + (Фиг. 1f и Разширени данни Фиг. 1e) и IFN-среден интензитет на флуоресценция (MFI; Фиг. 1g) в мъжки спрямо женски NK клетки. По този начин, въпреки че броят на NK клетките е увеличен, производството на ефекторни цитокини на мъжките NK клетки е постоянно намалено както при мишки, така и при хора в отговор на провъзпалителни цитокини, индуцирани по време на вирусна инфекция.
Женският или мъжкият пол се основава на комбинация от гонадални хормони (например естрогени или андрогени) и полови хромозоми (например 46XX или 46XY)1. Предишни проучвания демонстрираха директните ефекти на гонадните хормони в регулирането на производството на IFN от NK клетките23, но остава възможно половите разлики в NK клетките да могат също да бъдат приписани на клетъчно присъщи фактори. За да идентифицираме медиирани от полови хормони ефекти, ние изследвахме изобилието и функцията на NK клетките при гонадектомирани мишки. Гонадектомията не успя да елиминира половите разлики в честотата на NK клетките (Фиг. 1h и Разширени данни Фиг. 1f), абсолютните числа (Фиг. 1i) и производството на IFN-протеин в отговор на цитокинова стимулация (Фиг. 1j,k и Разширени данни Фиг. 1g), което показва, че гонадните хормони не са единствено отговорни за половите разлики в NK клетките. Докато подмножествата на съзряване на NK клетки, идентифицирани от експресията на CD11b и CD27, имат различен капацитет за оцеляване и ефекторна функция24, NK клетките на далака, получени от WT или гонадектомирани женски и мъжки мишки, не показват значителни разлики в честотите на подгрупите на съзряване на NK клетки (Фиг. с разширени данни 1h–k). Тези резултати показват, че наблюдаваните полови отклонения в броя на NK клетките и ефекторната функция не се дължат на различни състояния на съзряване. По този начин, ние предположихме, че дозировката на половата хромозома може да допринесе за диференциално изобилие и функция на NK клетки между половете.
cistanche tubulosa - подобряват имунната система
UTX избягва X инактивирането и се експресира повече при жените
Докато 46XX женските се подлагат на XCI за контролиране на дозите на Х-свързани гени, подгрупа от гени избягва XCI (наречени XCI escapees), което често води до по-висока експресия при жените в сравнение с мъжете 25,26. По този начин повишената експресия на XCI бягство при жени в сравнение с мъже може потенциално да медиира половите разлики в NK клетките. Докато различни гени избягват X инактивирането при хора и мишки, пет гена (XIST, DDX3X, KDM6A, EIF2S3, KDM5C) преди това са били идентифицирани като XCI избягали и в двата27. XIST беше изключен от по-нататъшен анализ, тъй като не се експресира в мъжки клетки поради известната му роля в XCI в женски клетки1. И четирите останали гена са значително понижени в мъжки спрямо женски NK клетки, както при хора (Фиг. 2а), така и при мишки (Фиг. 2b). Kdm6a (който кодира UTX) нива на транскрипция показват най-сексуално диморфната експресия както в човешки, така и в миши NK клетки (фиг. 2a, b). Мъжките NK клетки също експресират по-ниски нива на UTX протеин в сравнение с женските NK клетки при мишки (Фиг. 2c, d). Тези разлики в нивата на Kdm6a транскрипт и нивата на UTX протеин се запазват както при гонадектомизирани мишки (Фиг. 2e–g), така и при мишки с четири основни генотипа (FCG) (Разширени данни Фиг. 2a), при които комплементът на полова хромозома (XX или XY) е отделен от гонаден полов орган (яйчници или тестиси)28. Тези данни показват, че нивата на експресия на Kdm6a (UTX) са предубедени към пола в NK клетките и са продиктувани предимно от дозировката на Х-хромозомата, а не от гонадалните хормони.
UTX потиска годността на NK клетките
За да определим дали UTX медиира наблюдаваните полови разлики в NK клетките, ние генерирахме серия от мишки със зависима от дозата загуба на UTX. Първо, ние генерирахме женски мишки с хетерозиготна делеция на UTX в NK клетки (Kdm6afl/WT Ncr1Cre+, наричани по-долу UTXHet; таблица с допълнителни данни 1), за да имитираме единичното копие на UTX, експресирано в мъже. Ние потвърдихме подобна UTX протеинова експресия на NK клетки между женски UTXHet и мъжки WT (Kdm6afl/y Ncr1Cre-) мишки (Разширени данни Фиг. 2b). Женски UTXHet мишки показват сходен брой NK клетки на далака в сравнение с мъжките WT (фиг. 3a, b) и двете показват увеличен брой NK клетки в сравнение с женските WT. Не са наблюдавани значителни разлики в узряването чрез експресия на CD11b и CD27 между NK клетки от женски WT, мъжки WT и женски UTXHet мишки (разширени данни Фиг. 2с). По този начин загубата на едно копие на UTX беше достатъчна за увеличаване на броя на NK клетките по начин, независим от узряването. След това произведохме мишки с хомозиготна делеция на UTX (Kdm6afl/flNcr1Cre+, наричана по-долу UTXNKD; таблица с допълнителни данни 1), което води до загуба на двете копия на UTX в NK клетки. Експресията на UTX протеин е значително по-ниска в женски UTXNKD NK клетки в сравнение с женски WT NK клетки чрез поточна цитометрия (разширени данни Фиг. 2b), както и по-ниска в сравнение с NK клетки с единично UTX копие (т.е. мъжки WT и женски UTXHet ). Отсъствието на UTX протеин при прогнозирания размер (180 kD) в женски UTXNKD в сравнение с WT NK клетки беше потвърдено чрез Western blot (разширени данни Фиг. 2d). Честотите на NK клетките и абсолютните числа се увеличават с намаляване на броя на копията на UTX (фиг. 3c, d и разширени данни, фиг. 3a). Тези данни предполагат, че UTX регулира честотата на NK клетките и абсолютните числа по дозозависим начин.
Фиг. 1|Половите разлики в производството на IFN и броя на NK клетките са независими от гонадните хормони. a–c, Представителни точкови графики (a), честота (b) и абсолютни числа (c) на NK клетки на далака (CD3− TCR − NK1.1+) при женски и мъжки C57BL/6 мишки (n { {7}} на група). d,e, процент IFN- + (d) и нормализиран IFN-MFI (e) на общите NK клетки на далака от женски спрямо мъжки мишки, култивирани без лечение (NT) или IL{{10} } (50 ng ml−1) и IL-12 (20 ng ml−1) за 4 часа, нормализирано до MFI на женски IL-15/IL{ {18}} лечение (n=8 на група). f,g, процентен IFN{{20}} (f) и нормализиран IFN-MFI (g) на CD3− CD56+ женски (n=6) и мъжки (n { {25}}) човешки NK клетки, култивирани и стимулирани с 10 ng ml−1 IL-12 за 16 часа в присъствието на клетки K562, нормализирани до MFI на женски IL-12 лечение. h, i, Честота (h) и абсолютни числа (i) на NK клетки на далака в гонадектомирани женски и мъжки мишки (n=18 на група). j,k, процент IFN- + (j) и нормализиран IFN-MFI (k) от общите NK клетки на далака, изолирани от гонадектомирани женски и мъжки мишки и култивирани с NT или IL-15 (50 ng ml− 1) и IL-12 (20 ng ml-1) за 4 часа (n=12 на група). Данните са представителни за 2–4 независими експеримента. Пробите бяха сравнени с помощта на двустранен несдвоен t-тест на Student и точките от данни са представени като отделни мишки със средна стойност ± sem (*P <0,05; **P <0,01; ***P <0,001; ****P < 0,0001). Специфичните P стойности са както следва: b=0.0002; c=0.006; d=0.0036; e=0.0013; f=0.04; g=0.03; h < 0,0001; i=0.0006; j=0.0234; k=0.0019.
За да се определят механизмите, лежащи в основата на увеличения брой NK клетки в UTXNKD мишки (CD45.2+ ), беше произведено съотношение 1:1 на мишки със смесен костен мозък (mBMC) с WT (CD45.1+ ). . Шест седмици след разтваряне, ние наблюдавахме подчертано конкурентно предимство на женски UTXNKD (CD45.2+) NK клетки в сравнение с WT при жени реципиенти (CD451x2) след трансплантация на костен мозък (Разширени данни Фиг. 3b,c). За разлика от NK клетките, Т клетките от същия донор (UTXNKD, CD45.2+), които са достатъчни за UTX поради NK-специфична делеция на UTX, показват оригиналното съотношение на инжектиране (1:1; Фиг. с разширени данни 3b,c). Тези данни предполагат, че UTX потиска броя на NK клетките по присъщ на клетката начин по време на разработката. За да проверим дали този фенотип се дължи на разликите в пролиферацията, ние анализирахме маркера за клетъчно делене Ki67 в NK клетки на далака в WT: UTXNKD mBMC мишки, инжектирани в съотношение 4:1 за нормализиране на броя на клетките между генотипове. Парадоксално, UTXNKD NK клетките показват по-ниски честоти на Ki67+ клетки и показват по-малко разреждане на CFSE в отговор на IL-15 (разширени данни Фиг. 3d,e). Тези резултати предполагат, че по-високият брой NK клетки, наблюдаван при UTXNKD мишки, не се дължи на повишена пролиферация. Като се имат предвид тези резултати, ние предположихме, че повишената честота на NK клетки в UTXNKD мишки (фиг. 3c, d) може да се дължи на повишена клетъчна годност на NK клетки в отсъствието на UTX експресия. За да се тества тази възможност, конгенично различни WT (CD451x2) и UTXNKD (CD45.2+) NK клетки на далака бяха белязани с Cell Trace Violet (CTV) и прехвърлени в WT (CD45.1+) реципиенти на Съотношение 1:1 (Разширени данни Фиг. 3f). На 7-ия ден след трансфера, прехвърлената популация беше изкривена към UTXNKD NK клетки в реципиентните далаци (фиг. 3e, f), демонстрирайки клетъчно присъщо UTX потискане на зряла NK клетъчна хомеостаза. Тази разлика не се дължи на променена пролиферация, тъй като разреждането на CTV от двете прехвърлени популации е минимално на 7-ия ден след трансфера (разширени данни Фиг. 3g). За да проверим дали UTX потиска хомеостазата на NK клетките чрез регулиране на апоптозата, сравнихме експресията на разцепена каспаза 3 в сортирани NK клетки, инкубирани или с IL-15 самостоятелно, или с IL-15 и индуктор на апоптоза, Nutlin{{42 }}a29. По-ниската UTX експресия корелира с намалените разцепени каспаза 3+ NK клетки в присъствието на ниска доза IL-15 и лечение с Nutlin-3a (фиг. 3g,h). Нещо повече, мъжките NK клетки също показват скромно, но значително намаление в честотата на разцепените каспаза 3+ NK клетки в отговор на Nutlin-3a в сравнение с женските NK клетки, което също се запазва при гонадектомирани мишки (Разширени данни Фиг. 3h–k). Освен това, регулирането на апоптозата и оцеляването на NK клетките разчита на относителните нива на експресия на Bcl-2 (антиапоптотичен фактор)30, който може да бъде антагонизиран от Bim (проапоптотичен фактор)31. UTXNKD NK клетките показват повишена вътреклетъчна протеинова експресия на Bcl-2 и умерено увеличение на Bim (Фиг. 3i,j и Разширени данни Фиг. 3l) в сравнение с WT NK клетките. Това доведе до значително повишено съотношение Bcl-2:Bim в UTXNKD NK клетки (фиг. 3k). Мъжките NK клетки също показват значително увеличение на съотношението Bcl-2:Bim (Фиг. 3l), което продължава след гонадектомия (Фиг. 3m). Заедно тези данни показват, че променените нива на UTX могат да лежат в основата на половите различия във фитнеса на NK клетките чрез регулиране на експресията на Bcl-2.
Фиг. 2|X-свързан UTX показва сексуално диморфна генна експресия, независима от половите хормони. Нормализирана експресия на XCI избягали гени, използвайки DICE база данни RNA-seq данни върху сортирани NK клетки от човешки женски (n=36) спрямо мъже (n {{4 }}) нормализиран за жени. b, Нормализирана експресия на XCI escapee гени чрез количествена PCR с обратна транскрипция (RT–qPCR) в NK клетки на далака от женски срещу мъжки мишки (C57BL/6; на 8 седмици, n=5 на група). Гените са подредени чрез увеличаване на промяната на пъти между женските и мъжките отляво надясно. c, d, представителна хистограма (c) и нормализирана MFI (d) на UTX протеинова експресия в NK клетки на далака от наивни женски срещу мъжки мишки чрез поточна цитометрия, нормализирана до MFI на женски мишки (C57BL/6; на 8 седмици; n { {12}} на група). e, Относителна експресия на Kdm6a (UTX) чрез RT–qPCR на изолирани NK клетки на далака, нормализирани към женски (n=6 на група). f,g Представителни хистограми (f) и относителен UTX MFI (g) на NK клетки чрез поточна цитометрия от далаци на гонадектомизирани женски и мъжки мишки (n=6 на група), нормализирани към женски. Пробите бяха сравнени с помощта на несдвоен двустранен t-тест на Student и точките от данни са представени като отделни мишки със средна стойност ± sem (*P < 0.{{20}}5; **P < 0.01; ***P <0.001). Специфичните P стойности са както следва: a < 0.001; b: Ddx3x=0.03, Kdm5c=0.0017, Eif2s3 = 0.0113, Kdm6a=0.000087; d=0.003; e=0.008; g=0.0029).
UTX подобрява ефекторната функция на NK клетките
Тъй като мъжките NK клетки показват намалено производство на IFN (Фиг. 1d, e), независимо от гонадните хормони (Фиг. 1j, k), ние след това се опитахме да определим дали този фенотип се регулира от нивата на UTX. След цитокинова стимулация, честотите и абсолютният брой на клетките, произвеждащи IFN- - (Фиг. 4a и разширени данни, Фиг. 4a, b), както и IFN-MFI (Фиг. 4a) са сходни между мъжките WT и женските UTXHet NK клетки. Производството на IFN от женски UTXHet NK клетки е междинно между женски WT и женски UTXNKD NK клетки (Фиг. 4а и разширени данни Фиг. 4a, b). Тази тенденция се наблюдава и чрез сравняване на NK клетъчно IFN-натрупване чрез ELISA (фиг. 4b). Нещо повече, това явление не е специфично за IFN-, тъй като производството на гранулоцитно-макрофагов колония-стимулиращ фактор (GM-CSF), провъзпалителна NK ефекторна молекула32, също е намалено с намаляване на броя на копията на UTX в женските NK клетки (фиг. 4c ).
В допълнение към производството на цитокини, цитолитичната активност на NK клетките е от решаващо значение за антивирусната33 и антитуморната защита34. За да се оценят половите разлики в цитотоксичността на NK клетките, ние проведохме тестове за убиване с основни хистосъвместими комплекси (MHC) клас I-дефицитни MC38 клетки като мишени. При съотношение 4:1 ефектор: целево съотношение, мъжките WT NK клетки показват значително по-нисък лизис на целевите клетки в сравнение с женските WT (фиг. 4d), който се поддържа при гонадектомирани мишки (разширени данни, фиг. 4с). Нарушеното убиване на целеви клетки от мъжки NK клетки не се дължи на разликите в дегранулацията, тъй като нивата на CD107a са сходни между женските и мъжките NK клетки (разширени данни Фиг. 4d, e). Въпреки това, мъжките произвеждат значително по-ниски нива на цитотоксични молекули перфорин и гранзим В в отговор на IL-15 и анти-NK1.1 активиращо рецепторно лигиране (разширени данни Фиг. 4d,e). По-специално, UTXHet и мъжките WT NK клетки показват подобен капацитет за убиване (Фиг. 4d), който е междинен между женски WT и UTXNKD NK клетки (Фиг. 4d). Заедно тези данни предполагат, че UTX повишава цитотоксичността на NK клетките по дозозависим начин.
cistanche tubulosa - подобряват имунната система
Като се имат предвид наблюдаваните ефекти от загубата на UTX върху ефекторната функция на NK клетките, ние проверихме дали мишките UTXNKD са по-уязвими към вирусна инфекция. Бързото производство на IFN- и GM-CSF е критично за медиирания от NK клетки антивирусен контрол20. Поразително е, че UTXNKD мишки бързо се поддадоха на инфекция (n=3/8 оцеляха) при заразяване със сублетална доза MCMV (фиг. 4е). Освен това, UTX-дефицитните NK клетки на далака показват подчертан дефект в производството на IFN- и производството на гранзим В в общите NK клетки на ден 1,5 след инфекцията (Фиг. 4f и Разширени данни Фиг. 4f, g). Освен това, подобен дефект в производството на IFN от UTXNKD се наблюдава във всички подгрупи на съзряване (разширени данни Фиг. 4h), което предполага, че UTX контролира производството на IFN по начин, независим от узряването. За да потвърдим дали дозировката на експресията на UTX в зрели NK клетки се свързва с производството на IFN- по време на вирусна инфекция in vivo, ние генерирахме трансгенни мишки, за да постигнем индуцирана от тамоксифен UTX делеция (Kdm6afl/fl Rosa26ERT2CRE+, наричана по-долу iUTX−/ −; Таблица с допълнителни данни 1). mBMC мишки бяха произведени с 1:1 смес от WT (CD45.1+ ) и iUTX−/− (CD45.2+ ), за да се ограничи делецията на UTX до хемопоетичното отделение. WT:iUTX−/− mBMC мишки бяха третирани с тамоксифен непосредствено преди инфекция с MCMV, за да се премахне експресията на UTX (фиг. 4g). IDX−/− (CD45.2+) NK клетките произвеждат по-малко IFN- в сравнение с техните WT двойници (фиг. 4h и разширени данни, фиг. 4i). Прилагането на тамоксифен при WT: iUTX−/− mBMC мишки доведе до различни степени на загуба на UTX протеин и показа значителна положителна корелация между вътреклетъчните нива на UTX и производството на IFN на ден 1,5 след инфекцията (фиг. 4i). Тези резултати показват, че клетъчно присъщите нива на UTX в зрелите NK клетки регулират производството на ефекторна молекула и последващата защита срещу MCMV инфекция.
Фиг. 3|UTX потиска годността на NK клетките. a,b, Честота (F и M WT: n=12; F UTXHet: n=16; a) и абсолютни числа (F WT: n=6; M WT: n {{ 4}}; F UTXHet: n=9; b) на NK клетки в далака на женски (F) WT, мъжки (M) WT и F UTXHet мишки. c,d, Честота (WT: n=12; UTXHet: n=16; UTXNKD: n=6; c) и абсолютни числа (WT: n=8; UTXHet: n {{10}}; UTXNKD: n=6; d) на NK клетки в далака на F WT, UTXHet и UTXNKD мишки. e, Представителни контурни диаграми на конгенично различни WT (CD451x2) и UTXNKD (CD45.{15}}) NK клетки, прехвърлени в WT (CD45.1+) реципиенти в съотношение 1:1 преди инжектиране (вляво) и на 7-ия ден след трансфера (вдясно). f, Честота на WT и UTXNKD клетки в далака на реципиентни мишки преди инжектиране и ден 7 след трансфер (n=6). g,h, Представителни хистограми (g) и процент (h) на разцепени каспаза 3+ NK клетки на женски WT, UTXHet и UTXNKD мишки, култивирани с IL-15 (5 ng ml−1) и или диметилсулфоксид (DMSO; F WT: n=7; F UTXHet: n=11; F UTXNKD: n=6) или 2,5 μM Nutlin-3a (F WT: n { {33}}; F UTXHet: n=7; F UTXNKD: n=3) за 24 часа. i–k, нормализиран Bcl-2 MFI (i), Bim MFI (j) и съотношение Bcl-2:Bim MFI (k) в NK клетки на далака от женски WT и UTXNKD мишки (n {{ 39}}). l,m, Bcl{{40}}:Bim MFI съотношение в NK клетки на далака от женски WT и мъжки WT мишки (n=6; l) и гонадектомирани женски и мъжки мишки (n {{ 42}}; m). Данните са представителни за 2–4 независими експеримента. Пробите бяха сравнени с помощта на обикновен еднопосочен дисперсионен анализ (ANOVA; a–d), двупосочен ANOVA с корекция на Tukey за множество сравнения (h) или несдвоен двустранен t-тест на Student (f, i–m). Точките за данни са отделни мишки със средна стойност ± sem (NS, незначително; *P < 0.05; **P < 0.01; * **P < 0.001; ****P < 0,0001). Конкретните P стойности са както следва: a: F WT спрямо M WT=0.0201, M WT спрямо UTXHet=0.989, F WT спрямо UTXHet=0.0327, WT спрямо UTXNKD { {63}}.001; b: F WT спрямо M WT=0.0320, M WT спрямо UTXHet < 0,99, F WT спрямо UTXHet=0.0029, WT спрямо UTXNKD=0.001; c: WT спрямо UTXHet=0.0375, UTXHet спрямо UTXNKD и WT спрямо UTXNKD < 0,0001; d: WT спрямо UTXHet=0.0191, UTXHet спрямо UTXNKD=0.0278, WT спрямо UTXNKD=0.001; f: Предварително впръскване=0.3304; ден 7=0.001918; h: DMSO < 0,0001, Nutlin-3a–F WT спрямо F UTXHet=0.0048, почивка < 0,0001; i < 0,0001; j=0.0004; k=0.0025; l=0.0115; m=0.0227.
UTX регулира NK клетките по независим от деметилазата начин
Като хистон деметилаза, UTX може да контролира NK клетъчната хомеостаза и програмите за експресия на ефекторни гени чрез катализиране на отстраняването на метилова група от триметилиран хистон H3 Lys27 (H3K27me3; репресивен хистонов белег), за да уравновеси хроматина за активна генна експресия35. Въпреки това, UTX притежава и независими от деметилаза дейности чрез взаимодействие с епигенетични регулатори и модификатори на хроматин за координиране на генната експресия 36, 37. За да изследваме ролята на активността на UTX деметилазата в модулирането на NK клетъчната хомеостаза и ефекторната функция, ние използвахме мишки, които експресират каталитично неактивен UTX (UTX „деметилаза-мъртви“ или UTXDMD мишки; таблица с допълнителни данни 1), съдържащи p.His1146Ala и p.Glu1148Ala точкови мутации в каталитичния домейн38. Интересното е, че женски UTXDMD и WT мишки показват подобни честоти и абсолютен брой NK клетки на далака (Фиг. 5a-c), докато UTXNKD мишки показват увеличен брой NK клетки на далака в сравнение с двете. Тези констатации предполагат, че потискането на UTX на броя на NK клетките е независимо от деметилаза. Освен това не са наблюдавани разлики между WT и UTXDMD NK клетки в способността да произвеждат IFN- в отговор на цитокинова стимулация (Фиг. 5d-f). Тези резултати показват, че функцията на UTX за ограничаване на броя на NK клетките и насърчаване на производството на IFN е независима от деметилаза. В допълнение към едно копие на UTX, мъжките експресират каталитично неактивния Kdm6c (който кодира протеина UTY), Y-хромозомно-свързания хомолог на UTX. Ние потвърдихме, че UTY се експресира само в мъжки NK клетки от хора (Разширени данни Фиг. 5а) и мишки (Разширени данни Фиг. 5b) и не е променен от гонадектомия при мишки (Разширени данни Фиг. 5b). Както беше обсъдено по-горе, не са наблюдавани разлики в броя на NK клетките или ефекторната функция между мъжки WT (едно копие на UTX и UTY) и женски UTXHet (едно копие на UTX) мишки (Фигури 3a, b и 4a, d), което предполага a ограничена роля на UTY в регулирането на NK клетъчната хомеостаза и ефекторната функция. Освен това, мъжки UTXNKD (Kdm6afl/y Ncr1cre+) мишки показват повишена честота на NK клетките и абсолютен брой (Разширени данни Фиг. 5c,d) и произвеждат по-малко IFN- (Разширени данни Фиг. 5e-h), в сравнение с мъжките WT контроли, които отразява промените, наблюдавани при жени с NK клетъчен UTX дефицит. (фиг. 3a,b и 4a,b). По този начин загубата на UTX в NK клетките има подобни ефекти при жените и мъжете.
UTX контролира NK клетъчния транскриптом чрез ремоделиране на хроматин
Скорошни проучвания идентифицираха регулаторни вериги на NK клетките (регулони), които подготвят вродените лимфоидни клетки за бързи ефекторни реакции дори преди активирането на NK клетките 39. Като епигенетичен модификатор, UTX може да промени транскрипцията чрез организиране на хроматин в регулаторни елементи на целевите генни локуси4{{23} }. За да изследваме UTX-медиираните модификации на достъпността на хроматина и генната експресия в NK клетките, ние проведохме ATAC-seq в тандем с насипна RNA-seq върху сортирано пречистен WT (CD45.1+ ) и UTXNKD (CD45.{{ 9}} ) NK клетки от 4:1 WT: UTXNKD mBMC мишки (Разширени данни Фиг. 6а). Използването на mBMC мишки позволи вътрешно контролиран експеримент и сведе до минимум объркващите фактори на околната среда. Анализът на главните компоненти (PCA) както на ATAC-seq, така и на RNA-seq данни разкрива групиране на проба по генотип (Разширени данни Фиг. 6b). ATAC-seq разкри 3 569 пика намалени и 2 113 пика увеличени в достъпността в UTXNKD в сравнение с WT NK клетките (log2 пъти промяна > ±0.5, коригирана P стойност < 0.05 , степен на фалшиво откриване (FDR) < 0.05; Таблица 2 с допълнителни данни). Освен това, RNA-seq идентифицира 701 намалени и 554 увеличени гена в UTXNKD спрямо WT (log2 пъти промяна > ±0.5, коригирана P стойност <0.05, FDR <0.05; Разширени данни Фиг. 6c и Допълнителна таблица с данни 3). Тези открития предполагат дълбоки промени както в хроматиновия пейзаж, така и в транскриптома на NK клетките в отсъствието на UTX.
растение цистанче, повишаващо имунната система
Интегративният анализ на ATAC-seq и RNA-seq идентифицира 395 гена, които са диференциално достъпни и експресирани със значителна положителна корелация (корелация на Spearman: R=0.62, P <2,2 × 10−16) между средния log2 кратна промяна на ATAC-seq пикове и log2 кратна промяна на експресията на RNA-seq (разширени данни Фиг. 6d). Размито c-означава групиране както на наборите от данни ATAC-seq, така и на RNA-seq идентифицира шест основни клъстера, които са значително намалени (клъстери 1, 2, 3 и 6) или повишени (клъстери 4 и 5) недостъпност (фиг. 6а) и експресия (Фиг. 6b) в UTXNKD NK клетки. За функционален анализ на обогатяване, g: Profiler беше използван за анализиране на клъстери от диференциално експресирани гени, идентифицирани от RNA-seq (фиг. 6c). Основни пътища като процес на имунната система, производство на цитокини, производство на IFN, активиране на лимфоцити и имунен ефекторен процес са свързани с намалена експресия в UTXNKD (клъстери 1, 2, 3 и 6; Фиг. 6c). Междувременно, пътища като процес на развитие, биосинтетичен процес и метаболитен процес са значително свързани с повишена експресия в UTXNKD (клъстери 4 и 5; Фиг. 6в). Трябва да се отбележи, че анализът на гените на пътя на клетъчната смърт разкри множество гени, които трябва да бъдат диференциално експресирани (разширени данни, фиг. 6e). Трябва да се отбележи, че експресията на антиапоптотичния ген Bcl2 е повишена, докато проапоптотичният ген Casp3 е намален (разширени данни Фиг. 6е). Взети заедно, тези констатации предполагат загуба на UTX води до модификации на достъпността на хроматина и експресията на гени, свързани с хомеостазата на NK клетките и ефекторната функция.
Фиг. 4|UTX подобрява ефекторната функция на NK клетките и е необходим за оцеляване срещу вирусна инфекция. Процентен IFN- + и нормализиран IFN-MFI на NK клетки от женски WT (n=8), мъжки WT (n=8), женски UTXHet (n=12) и женски UTXNKD (n=6) мишки без лечение (NT) или IL-15 (5{{70}} ng ml−1) и IL{{1{{8{ {82}}}}}} (20 ng ml−1) за 4 часа, нормализирано до MFI на лечение с женски IL-15/IL-12. b,c, концентрации на IFN- (b) и GM-CSF (c), измерени чрез ELISA в супернатанти от женски WT (n=4), UTXHet (n=5) и UTXNKD (n {{2 0}}) NK клетки с NT или IL-12 (20 ng ml−1) и IL-18 (1{{1{{1{{115} }8}}4}} ng ml−1) за 4 часа. d, Специфичен лизис на MHCI-дефицитни MC38 (целеви) клетки от женски WT (n {{30}}), мъжки WT (n=8), женски UTXHet (n=12 ) или женски UTXNKD (n=6) NK (ефекторни) клетки за 16 часа при съотношение 4:1 ефектор: целево съотношение, нормализирано до лизис от женски WT. e, криви на оцеляване на Kaplan-Meier на WT и UTXNKD мишки, заразени с MCMV (n=8). Тест на Мантел–Кокс (P=0.0093). f, процентен IFN- + (n=14), нормализиран IFN-MFI (n=14) и гранзим В (GzmB) MFI (n=8) спрямо WT в далака NK клетки на D1.5 след MCMV инфекция на 4:1 WT: UTXNKD mBMC мишки. g, Схема на 1:1 WT (CD45.1+ ) и iUTX−/− (CD45.2+ ) костен мозък (BM), прехвърлени в приемници с изчерпване на бусулфан и третирани с 1 mg тамоксифен за 3 d преди MCMV инфекция. h, процент IFN- + и нормализиран IFN-MFI на NK клетки от 1:1 WT:iUTX−/− mBMC мишки на D1.5 след MCMV инфекция, нормализиран до WT (n=6). i, Двустранна корелация на Pearson на IFN- срещу UTX MFI на NK клетки (n=12; r 2=0.775; P <0,0001). Данните са представителни за 2–3 независими експеримента. Използвани са двупосочна ANOVA (a–c), еднопосочна ANOVA с корекция на Tukey за множество сравнения (d) или сдвоен двустранен t-тест на Student (f,h). Точките от данни са отделни мишки със средно ± sem *P <0.05; **P <0,01; ***P <0.001; ****P <0,0001. Специфични P стойности: a: F WT спрямо M WT=0.0027, F WT спрямо F UTXHet и F WT спрямо F UTXNKD < 0,0001, M WT спрямо F UTXHet=0.269, F UTXHet спрямо F UTXNKD=0.0007; b: WT спрямо UTXHet=0.0037, UTXHet спрямо UTXNKD=0.0011, WT спрямо UTXNKD < 0.0001; c: WT спрямо UTXHet=0.0026, UTXHet спрямо UTXNKD=0.0349, WT спрямо UTXNKD < 0,0001; d: F WT спрямо M WT=0.0005, F WT спрямо F UTXHet и F WT спрямо F UTXNKD < 0,0001, M WT спрямо F UTXHet=0.1616, F UTXHet спрямо F UTXNKD {{112 }}.0439; f: %IFN- + < 0,0001, IFN- MFI=0.0024, GzmB=0.0032; g: %IFN- + < 0,0001, IFN- MFI=0.0018. PI, след инфекция.
Фиг. 5|UTX контролира хомеостазата на NK клетките и производството на IFN, независимо от деметилазната активност. a – c, Представителни диаграми на плътност (a), честота (b) и абсолютен брой (c) на NK клетки в далаците на женски WT, UTXDMD и UTXNKD мишки (n=5 на група). d–f, представителни контурни диаграми (d), процент IFN- + (e) и нормализиран IFN-MFI (f) на женски WT, UTXDMD и UTXNKD NK клетки (n=5 на група) нормализиран към WT. Данните са представителни за 2–3 независими експеримента. Пробите бяха сравнени с помощта на еднопосочна ANOVA с корекция на Tukey за множество сравнения. Точките от данни са представени като отделни мишки със средна стойност ± sem *P < 0.05; **P < 0.01; ****P < 0.0001. Специфичните P стойности са както следва: b: WT спрямо UTXDMD=0.7353, WT спрямо UTXNKD и UTXDMD спрямо UTXNKD < 0,0001; c: WT спрямо UTXDMD=0.4888, WT спрямо UTXNKD и UTXDMD спрямо UTXNKD < 0,0001; e: WT спрямо UTXDMD=0.855, WT спрямо UTXNKD=0.0030, UTXDMD спрямо UTXNKD=0.0380; f: WT срещу UTXDMD=0.1382, WT срещу UTXNKD=0.0079, UTXDMD срещу UTXNKD=0.0166.
Като се имат предвид разликите в целия геном в достъпността и генната експресия, които наблюдавахме от ATAC-seq и RNA-seq, ние също изследвахме директни UTX-медиирани ефекти. Извършихме анти-UTX CUT&Tag, последвано от секвениране, което позволява откриването на ДНК региони, свързани с UTX, използвайки метод на имунопреципитация, базиран на антитела41. Anti-UTX CUT&Tag върху сортирани пречистени WT и UTXNKD NK клетки разкри 5746 UTX-свързани пикове (FDR < 0.01, коригирана P стойност < 0.05; Фиг. 6d и таблица с допълнителни данни 4). PCA както на ATAC-seq, така и на RNA-seq данни разкрива групиране на проби по генотип (разширени данни Фиг. 6f). Ние идентифицирахме 191 гена, които бяха свързани с UTX, диференциално достъпни от ATAC-seq и диференциално експресирани от RNA-seq (фиг. 6d). В рамките на тези 191 гена, по-голямата част от пиковете, свързани с UTX, бяха разположени в промоторни (20.58%), интронични (46.94%) и интергенни (27.4%) региони (фиг. 6e). Забележителни гени, участващи в NK клетъчната хомеостаза (Bcl2 и Thy1; Фиг. 6f) 30, 42 и ефекторната функция (Ifng и Csf2) са свързани с UTX, диференциално достъпни и диференциално експресирани (Фиг. 6g). Освен това, от 191 UTX-свързани гена, 140 гена са намалени в експресията, докато останалите 51 гена са увеличени (Допълнителна таблица с данни 3), потвърждавайки предишен доклад в Т клетки, че UTX функционира както при активиране, така и при потискане на генна транскрипция43. Enrichr пътен анализ44 на тези 191 UTX-свързани гена разкри намален възпалителен отговор, IFN-сигнализация и NK клетъчни цитотоксични пътища в UTXNKD NK клетки (Разширени данни Фиг. 6g). Обратно, повишен клетъчен катаболитен процес и сигнални пътища за апоптоза, които включват както проапоптотични, така и антиапоптотични гени (например Bcl2, Bbc3 и Gadd45g), се наблюдават в UTXNKD NK клетки. Сред 865 UTX-свързани пикове с UTX-зависима експресия и разлики в достъпността на хроматина (191 уникални гена), линейният регресионен анализ показа значителна положителна корелация (R на Pearson=0.5165, P <0.0001) между хроматина достъпност и генна експресия (Разширени данни Фиг. 6h, i). UTX-заети региони в Bcl2, Thy1, Ifng и Csf2 генните локуси съответстват на региони, в които също са отбелязани разлики в достъпността и генната експресия (фиг. 6f, g). Тези данни предполагат, че UTX регулира достъпността на хроматина и пътищата на генна транскрипция, важни за регулирането на хомеостазата и функцията на NK клетките.
Известно е, че UTX взаимодейства с транскрипционни фактори (TFs), за да организира транскрипцията на целевия ген40. За да идентифицираме предполагаеми TF мотиви с диференциална достъпност поради загуба на UTX, ние извършихме HOMER (хипергеометрична оптимизация на обогатяване на мотиви)45 TF анализ на мотиви върху диференциално достъпни пикове, идентифицирани от ATAC-seq (Разширени данни Фиг. 6j). TFs, свързани с NK клетъчна ефекторна функция (например Runt (Runx1 и Runx2)46 и T-box (Eomes, T-bet, Tbr1 и Tbx6)47 членове на семейството) са по-значими и имат по-висок процент от целеви мотиви, свързани с намалена достъпност в UTXNKD (клъстери 1, 2, 3 и 6; Разширени данни Фиг. 6j). Обратно, TFs, свързани с пролиферация, диференциация и метаболизъм в TFs48 от семейството на цинковия пръст и ETS, са по-значително свързани с повишена достъпност (клъстери 4 и 5; разширени данни, фиг. 6j). Освен това анализът на TF мотив на UTX-свързани пикове от UTX CUT&Tag потвърждава тези резултати чрез разкриване на TFs, критични както в ефекторните процеси на NK клетки (T-bet, Eomes, Runx1 и Tbx5), така и в програмите за развитие (ETS1 и AP-1; Разширени данни Фиг. 6k). Тези данни предполагат както диференциална достъпност, така и директно UTX свързване на важни TF свързващи мотиви, замесени в регулирането на годността на NK клетките и ефекторните процеси. Тези анализи предполагат, че UTX модулира хроматиновия пейзаж, за да контролира експресията на гени, важни за хомеостазата на NK клетките (Bcl2 и Thy1) и ефекторната функция (Ifng и Csf2). В крайна сметка, тези открития предполагат модел, при който диференциалните нива на експресия на UTX могат да лежат в основата на половия диморфизъм в NK клетките като централен регулатор на NK клетъчната пригодност и ефекторна функция (фиг. 6h).
Фиг. 6|Глобални промени в достъпността на NK клетъчния хроматин и транскрипцията, медиирана от UTX. a–c, 4:1 WT: UTXNKD mBMCs бяха генерирани чрез прехвърляне на WT (CD45.1+ ) и UTXNKD (CD45.2+ ) костен мозък в лимфоизчерпани мишки гостоприемници (CD451x2) и оставени да се възстановят за 6 седмици. NK клетките на далака бяха сортирани за подготовка на ATAC-seq и RNA-seq библиотека (n=3 на група). Линейни графики (вляво) и топлинна карта (вдясно) на размити c-средни групирани диференциално достъпни пикове, идентифицирани от ATAC-seq (a) и диференциално експресирани гени, идентифицирани от RNA-seq (b) на NK клетки на далака от WT: UTXNKD mBMC мишки (коригирана P стойност < 0.05 и членски резултат > 0.5). Линейните графики показват средната стойност (черна линия) и стандартното отклонение (червена лента) на средно центрирани нормализирани стойности на log2 със значимост (FDR и коригирана P стойност < 0,05). c, Анализ на пътя на значими размити c-означава групирани RNA-seq гени, използвайки g: Profiler с размер на точката, показващ −log10 (P стойност; изчислено от g: GOSt, използвайки едностранния тест на Fisher). d–g, Anti-UTX CUT&Tag беше извършен в WT и UTXNKD NK клетки и идентифицира 5746 уникални UTX-свързани пикове (n=3 на група). d, диаграма на Venn, очертаваща припокриващи се диференциално достъпни (DA) гени, идентифицирани от ATAC-seq и диференциално експресирани (DE) гени, идентифицирани от RNA-seq. e, Местоположение на UTX-свързани пикове. f,g, представителни генни следи от UCSC интегриран геномен браузър на анти-UTX CUT&Tag („анти-UTX“), ATAC-seq и RNA-seq на Bcl2 и Thy1 (f) и Ifng и Csf2 (g); оста y изобразява броя на милион (CPM). h, Схема на това как диференциалните нива на експресия на UTX са в основата на половия диморфизъм в състава и функцията на NK клетките (вляво). Диаграма за това как UTX може да регулира генни програми, участващи в броя на NK клетките и ефекторната функция по време на хомеостаза и вирусна инфекция (вдясно). Създаден с BioRender.com.
Дискусия
Полът е критична биологична променлива при определяне на резултатите от вирусни инфекции3. Това наскоро беше илюстрирано с COVID-19, при който мъжкият пол беше идентифициран като основен рисков фактор за тежко заболяване5. Освен това, скорошни проучвания свързват дисфункцията на NK клетките с тежка болест на COVID-1949. Като се има предвид важността на NK клетките в антивирусния имунитет, разбирането на първопричините за половите различия в биологията на NK клетките ще има далечни последици за оптимизирането на ендогенните ефекторни отговори. В това проучване ние демонстрираме, че по-ниската UTX експресия в мъжките NK клетки допринася за техния увеличен брой и намалена ефекторна функционалност. UTX на NK клетките е необходим за контролиране на годността на NK клетките, модулиране на достъпността на TF свързващите мотиви, увеличаване на достъпността на хроматина в локусите на ефекторния ген и поставяне на NK клетки за бърз отговор на вирусна инфекция.
В допълнение към NK клетките се съобщава за полов диморфизъм в В клетки, моноцити, неутрофили, CD4+ Т клетки и CD8+ Т клетки25. Докато по-рано се съобщава, че половите разлики в имунните клетки са медиирани от полови хормони на гонадите 50–52, остава възможно подмножество от тези различия да се припише и на диференциална UTX експресия. В подкрепа на тази възможност дефицитът на UTX е свързан с намален брой Т клетки и инвариантни NK Т клетки53-55; и UTX транскриптите са по-ниски в мъжките спрямо женските клетки за множество типове имунни клетки (CD4+ Т клетки, CD8+ Т клетки, моноцити, В клетки), търсени в базата данни на DICE56. Необходими са допълнителни фенотипни изследвания, за да се определи ролята на UTX в модулирането на половите различия в други типове имунни клетки. Медиираните от NK клетки ефекторни функции включват производство на цитокини и експресия на цитотоксична молекула. Нашите мултиомични анализи предполагат, че UTX поддържа хроматиновия пейзаж на NK клетките, за да реагира бързо на вирусни предизвикателства чрез увеличаване на достъпността и транскрипцията на ефекторни локуси. Тези проучвания разкриха 191 гена (включително Ifng и Csf2) 20, 32, които бяха едновременно свързани с UTX, различно достъпни и експресирани. Намаленото производство на IFN- и GM-CSF цитокини и нарушен цитолитичен капацитет на UTX-дефицитни NK клетки подкрепят ролята на UTX за насърчаване на ефекторната функционалност по време на възпаление. Въпреки това, може да има допълнителни косвени последици от UTX-медиирана генна регулация, която играе важна роля в ефекторната функция на NK клетките, както се вижда от допълнителните гени, които са различно експресирани, но не са свързани с UTX.
Като H3K27me3 деметилаза, UTX поддържа хроматин за активна генна експресия57. В допълнение към своята каталитична активност, UTX функционира в мултипротеинови комплекси с други епигенетични регулатори (например SWI/SNF, MLL4/5 и p300), за да медиира ремоделирането на хроматин по независим от деметилаза начин 36, 57. Докладваме независимите от деметилаза функции на UTX при регулиране на хомеостазата и ефекторните програми в NK клетките. Това е в контраст с ролята на UTX в инвариантните NK Т клетки, в които е необходима неговата деметилазна активност53. По този начин молекулярните механизми, чрез които функционира UTX, могат да бъдат специфични за родословието. В подкрепа на тази хипотеза се съобщава, че UTX взаимодейства със специфични за линията TFs в Т клетки, за да се насочи към ефекторни локуси40. Нашият анализ на HOMER мотив разкри потенциални UTX взаимодействия с Runx1, Runx2, Eomes и други TF, важни за ефекторната функция на NK клетки по време на вирусна инфекция 46, 47. Освен това, тези анализи също сочат UTX взаимодействия с KLF1, KLF5, Sp2 и други TFs, свързани с NK клетъчна пролиферация, диференциация и метаболизъм48. Освен това, нашите резултати подкрепят предишни публикувани проучвания, в които се съобщава, че UTX в други типове клетки координира отговорите с T-bet, Eomes и Tbx5 (реф. 40), ETS1 (реф. 48) и AP-1 ( реф.58). И накрая, доказано е, че Runx1 взаимодейства с UTX-регулирани BRG1 и SWI/SNF комплекси46. Въпреки това, поради корелативния характер на HOMER анализа, са необходими допълнителни изследвания с ко-имунопреципитация и масспектрометрия за експериментална проверка на тези взаимодействия in situ. Освен това, като конститутивно избягало от XCI, UTX може да има специфични за клетъчния тип механизми чрез две възможности: (i) набор от налични кофактори и (ii) наличие на неговите епигенетични свързващи партньори. UTX разчита на странични продукти от метаболитни пътища за кофактори (например Fe(II), -кетоглутарат и кислород), които са от решаващо значение за неговата ензимна активност59. По този начин, в зависимост от метаболитното състояние, има различни групи от кофактори, достъпни за функцията на деметилазата на UTX, което позволява различни нива на каталитична активност въз основа на типа клетка. В допълнение, функционалността на UTX може също да зависи от активността и нивото на експресия на неговите свързващи партньори (например MLL3/4, SWI/SNF и p300), които са автозомно кодирани.
Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система
Коефициентите на претегляне, които определят подгрупите пациенти с различни имунни отговори, ще ни позволят да преминем през терапевтичния подход „един размер за всички“ към парадигмата на прецизната медицина. Дефицитът на UTX се свързва със синдрома на Кабуки и синдрома на Търнър60, две човешки състояния, свързани с имунна дисрегулация и повишени инфекции. Нашите констатации предполагат възможността дефицитът на UTX в човешките NK клетки да допринесе за намалено вирусно имунно наблюдение, наблюдавано при тези пациенти, въпреки че ще е необходима бъдеща работа в подкрепа на тази хипотеза. Освен това, разбирането на половите различия във функцията на NK клетките е необходимо, за да се включи сексът като биологичен фактор в решенията за лечение. При мъже с тежко вирусно заболяване, например, повишаването на UTX активността на NK клетките може да осигури терапевтични ползи. Очакваме, че тези прозрения ще бъдат важни не само при вирусни инфекции, но и при други инфекции и рак, където NK клетките също играят важна роля. Тези констатации могат също да имат важни последици за адоптивните клетъчни терапии, при които NK клетките са обект на силен интерес61.
Препратки
1. Wilkinson, NM, Chen, HC, Lechner, MG & Su, MA Полови разлики в имунитета. Annu Rev. Immunol. 40, 75–94 (2022).
2. Klein, SL & Flanagan, KL Полови различия в имунните отговори. Нац. Rev. Immunol. 16, 626–638 (2016).
3. Пардю, М.-Л. & Wizemann, TM Изследване на биологичния принос към човешкото здраве: има ли значение полът? Пресата на националните академии https://doi.org/10.17226/10028 (2001).
4. Gianella, S. et al. Половите разлики в репликацията на CMV и персистирането на HIV по време на супресивна АРТ. Отворете Forum Infect. дис. 7, ofaa289 (2020).
5. Takahashi, T. & Iwasaki, A. Половите различия в имунните отговори. Science 371, 347–348 (2021).
6. Patin, E. et al. Естествената вариация в параметрите на вродените имунни клетки се задвижва предимно от генетични фактори. Нац. Immunol. 19, 302–314 (2018).
7. Huang, Z. et al. Ефекти от пола и стареенето върху пейзажа на имунните клетки, оценени чрез едноклетъчен транскриптомичен анализ. Proc. Natl Acad. Sci. САЩ 118, e2023216118 (2021).
8. Talebizadeh, Z., Simon, SD & Butler, MG X хромозомна генна експресия в човешки тъкани: мъжки и женски сравнения. Геномика 88, 675–681 (2006).
9. Fang, H., Disteche, CM & Berletch, JB X инактивиране и бягство: епигенетични и структурни характеристики. Преден. Cell Dev. Biol. 7, 219 (2019).
10. Chen, X. et al. Половата разлика в дефектите на невралната тръба при p53-null мишки се причинява от разликите в комплемента на X, а не на Y гени. Dev. Neurobiol. 68, 265–273 (2008).
11. Smith-Bouvier, DL et al. Роля на комплемента на половата хромозома в женското отклонение при автоимунно заболяване. J. Exp. Med. 205, 1099–1108 (2008).
12. Souyris, M. et al. TLR7 избягва инактивирането на X хромозомата в имунните клетки. Sci. Immunol. 3, eaap8855 (2018).
13. Hammer, Q., Ruckert, T. & Romagnani, C. Специфичност на естествените клетки убийци за вирусни инфекции. Нац. Immunol. 19, 800–808 (2018).
14. Orange, JS Дефицит на естествени клетки убийци. J. Allergy Clin. Immunol. 132, 515–525 (2013).
15. Bukowski, JF, Warner, JF, Dennert, G. & Welsh, RM Проучвания за прехвърляне на осиновители, демонстриращи антивирусния ефект на естествените клетки убийци in vivo. J. Exp. Med. 161, 40–52 (1985).
16. Браун, MG и др. Жизненоважно участие на естествен рецептор за активиране на клетки убийци в резистентност към вирусна инфекция. Science 292, 934–937 (2001).
17. Welsh, RM, Brubaker, JO, Vargas-Cortes, M. & O'Donnell, CL Естествен отговор на клетки убийци (NK) към вирусни инфекции при мишки с тежък комбиниран имунен дефицит. Стимулирането на NK клетките и зависимият от NK клетките контрол на вирусните инфекции възникват независимо от функцията на Т и В клетките. J. Exp. Med. 173, 1053–1063 (1991).
18. Bancroft, GJ, Shellam, GR & Chalmer, JE Генетични влияния върху увеличаването на естествените клетки убийци по време на миша цитомегаловирусна инфекция: корелация с модели на резистентност. J. Immunol. 126, 988–994 (1981).
19. Menees, KB et al. Зависещи от пола и възрастта промени в профила на имунните клетки на далака и NK клетъчните фенотипове и функция при C57BL/6J мишки. имунна. Стареене 18, 3 (2021).
20. Mujal, AM, Delconte, RB & Sun, JC Естествени клетки убийци: от вродени до адаптивни характеристики. Annu. Rev. Immunol. 39, 417–447 (2021).
21. Loh, J., Chu, DT, O'Guin, AK, Yokoyama, WM & Virgin, HWT Естествените клетки убийци използват както перфорин, така и гама интерферон за регулиране на миша цитомегаловирусна инфекция в далака и черния дроб. J. Virol. 79, 661–667 (2005).
22. Orange, JS, Wang, B., Terhorst, C. & Biron, CA Изискване за интерферон-гама, произведен от естествени клетки убийци, в защита срещу инфекция с миши цитомегаловирус и усилване на този защитен път чрез прилагане на интерлевкин-12. J. Exp. Med. 182, 1045–1056 (1995).
23. Nakaya, M., Tachibana, H. & Yamada, K. Ефект на естрогените върху интерферон-гама произвеждащата клетъчна популация на миши спленоцити. Biosci. Биотехнология. Biochem. 70, 47–53 (2006).
24. Chiossone, L. et al. Съзряването на миши NK клетки е 4-етап на програма за развитие. Кръв 113, 5488–5496 (2009).
25. Wainer Katsir, K. & Linial, M. Човешки гени, избягващи X-инактивиране, разкрити чрез данни за експресия на една клетка. BMC Genomics 20, 201 (2019).
26. Yang, F., Babak, T., Shendure, J. & Disteche, CM Глобално проучване на бягството от X инактивиране чрез РНК-секвениране в мишка. Genome Res. 20, 614–622 (2010).
27. Berletch, JB et al. Бягството от инактивирането на X варира в тъканите на мишката. PLoS Genet. 11, e1005079 (2015).
28. Arnold, AP Четири основни генотипа и XY* модели на мишка: актуализация на въздействието върху изследванията на SABV. Neurosci. Биологично поведение. Rev. 119, 1–8 (2020).
29. Hasegawa, H. et al. Активирането на p53 от Nutlin-3a, антагонист на MDM2, индуцира апоптоза и клетъчно стареене при възрастни Т-клетъчни левкемични клетки. Левкемия 23, 2090–2101 (2009).
30. Riggan, L. et al. Транскрипционният фактор Fli1 ограничава образуването на прекурсорни NK клетки на паметта по време на вирусна инфекция. Нац. Immunol. 23, 556–567 (2022).
31. Min-Oo, G., Bezman, NA, Madera, S., Sun, JC & Lanier, LL Proapoptotic Bim регулира антиген-специфичната контракция на NK клетките и генерирането на пул от NK клетки на паметта след цитомегаловирусна инфекция. J. Exp. Med. 211, 1289–1296 (2014).
32. Louis, C. et al. GM-CSF, получен от NK клетки, потенцира възпалителния артрит и се регулира отрицателно от CIS. J. Exp. Med. 217, e20191421 (2020).
33. Bjorkstrom, NK, Strunz, B. & Ljunggren, HG Естествени клетки убийци в антивирусния имунитет. Нац. Rev. Immunol. 22, 112–123 (2022).
34. Smyth, MJ et al. Перфоринът има основен принос за NK клетъчния контрол на туморните метастази. J. Immunol. 162, 6658–6662 (1999).
35. Van der Meulen, J., Speleman, F. & Van Vlierberghe, P. H3K27me3 деметилаза UTX при нормално развитие и заболяване. Епигенетика 9, 658–668 (2014).
36. Wang, SP et al. UTX-MLL4-p300 транскрипционна регулаторна мрежа координирано оформя активни усилващи пейзажи за предизвикване на транскрипция. Mol. Клетка 67, 308–321 (2017).
37. Gozdecka, M. et al. UTX-медииран усилвател и ремоделиране на хроматин потиска миелоидната левкемогенеза чрез некаталитична обратна регулация на ETS и GATA програми. Нац. Женет. 50, 883–894 (2018).
38. Wang, C. et al. UTX регулира диференциацията на мезодермата на ембрионални стволови клетки, независимо от H3K27 деметилазната активност. Proc. Natl Acad. Sci. САЩ 109, 15324–15329 (2012).
39. Shih, HY et al. Придобиването на регуломи в развитието е в основата на вродената функционалност на лимфоидните клетки. Клетка 165, 1120–1133 (2016).
40. Miller, SA, Mohn, SE & Weinmann, AS Jmjd3 и UTX играят независима от деметилазата роля в ремоделирането на хроматина, за да регулират генната експресия, зависима от семейството на T-box. Mol. Клетка 40, 594–605 (2010).
41. Kaya-Okur, HS и др. CUT&Tag за ефективно епигеномно профилиране на малки проби и единични клетки. Нац. Общ. 10, 1930 (2019).
42. Kupz, A. et al. Принос на Thy1+ NK клетки за защитно производство на IFN-гама по време на инфекции със Salmonella typhimurium. Proc. Natl Acad. Sci. САЩ 110, 2252–2257 (2013).
43. Langmead, B. & Salzberg, SL Бързо подравняване с празно четене с Bowtie 2. Nat. Методи 9, 357–359 (2012).
44. Chen, EY et al. Enrichr: интерактивен и съвместен инструмент за анализ на обогатяване на списък с гени HTML5. BMC Bioinformatics 14, 128 (2013).
45. Heinz, S. et al. Прости комбинации от транскрипционни фактори, определящи родословието, са основните цис-регулаторни елементи, необходими за идентичността на макрофаги и В клетки. Mol. Клетка 38, 576–589 (2010).
46. Rapp, M. et al. Факторът на свързване на ядрото-бета и транскрипционните фактори на Runx насърчават адаптивните отговори на естествените клетки убийци. Sci. Immunol. 2, eaan3796 (2017).
47. Simonetta, F., Pradier, A. & Roosnek, E. T-bet и еомезодермин в развитието, узряването и функцията на NK клетките. Преден. Immunol. 7, 241 (2016).
48. Presnell, JS, Schnitzler, CE & Browne, WE KLF/SP еволюция на семейството на транскрипционния фактор: разширяване, диверсификация и иновации в еукариотите. Genome Biol. Еволюция 7, 2289–2309 (2015).
49. Kramer, B. et al. Ранните сигнатури на IFN-алфа и персистиращата дисфункция са отличителни черти на NK клетките при тежък COVID-19. Имунитет 54, 2650–2669 (2021).
50. D'Agostino, P. et al. Половите хормони модулират възпалителните медиатори, произвеждани от макрофагите. Ан. NY Acad. Sci. 876, 426–429 (1999).
51. Lu, FX и др. Силата на В-клетъчния имунитет при женски макаци резус се контролира от CD8+ Т клетки под въздействието на стероидни хормони на яйчниците. Clin. Exp. Immunol. 128, 10–20 (2002).
52. Singh, RP & Bischof, DS Половите хормони и полът влияят върху експресията на маркери на регулаторни Т клетки при пациенти със СЛЕ. Преден. Immunol. 12, 619268 (2021).
53. Кук, КД и др. Зависещото от Т фоликуларните хелперни клетки изчистване на персистираща вирусна инфекция изисква Т клетъчна експресия на хистон деметилазата UTX. Имунитет 43, 703–714 (2015).
54. Беяз, С. и др. Хистон деметилазата UTX регулира специфичната за линията епигенетична програма на инвариантни естествени Т клетки убийци. Нац. Immunol. 18, 184–195 (2017).
55. Mitchell, JE et al. UTX насърчава CD8+ Т-клетъчно медиираната антивирусна защита, но намалява издръжливостта на Т-клетките. Cell Rep. 35, 108966 (2021).
56. Schmiedel, BJ et al. Влияние на генетичните полиморфизми върху генната експресия на човешки имунни клетки. Клетка 175, 1701–1715 (2018).
57. Bosselut, R. Плейотропни функции на H3K27Me3 деметилази в диференциацията на имунните клетки. Тенденции Immunol. 37, 102–113 (2016).
58. Kechin, A., Boyarskikh, U., Kel, A. & Filipenko, M. cutPrimers: нов инструмент за точно изрязване на праймери от четения на целево секвениране от следващо поколение. J. Comput. Biol. 24, 1138–1143 (2017).
59. Hong, S. et al. Идентифициране на UTX и JMJD3, съдържащи JmjC домейн, като хистон H3 лизин 27 деметилази. Proc. Natl Acad. Sci. САЩ 104, 18439–18444 (2007).
60. Van Laarhoven, PM et al. Гените на синдрома на Кабуки KMT2D и KDM6A: функционалните анализи демонстрират критични роли в краниофациалното, сърдечното и мозъчното развитие. тананикам Mol. Женет. 24, 4443–4453 (2015).
61. Rezvani, K. Адоптивна клетъчна терапия с използване на инженерни естествени клетки убийци. Транспл. на костен мозък. 54, 785–788 (2019).
