Nature:首次发现m6A修饰调控T细胞稳态

日期: 2017年08月11日


    

m6A修饰调控T细胞

8月10日,来自耶鲁大学医学院,暨南大学,斯坦福大学的研究人员发表了题为“m6A mRNA methylation controls T cell homeostasis by targeting the IL-7/STAT5/SOCS pathways”的文章,首次报道了m6A mRNA修饰在哺乳动物免疫细胞中的生理功能。该项研究发现,m6A通过靶向Naive CD4 T细胞中IL-7/STAT5/SOCS信号通路中的信号分子mRNA来调控Naive CD4 T细胞的分化,从而维持免疫系统的动态平衡。METTL3作为重要的甲基转移酶调控m6A  RNA甲基化修饰,在CD4 T细胞中特异性敲除Mettl3基因,Naive CD4 T细胞的分化受阻,从而抑制了T细胞过继转输诱导的肠炎模型中肠炎的发生。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能,为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制。


这一研究成果公布在Nature(IF=40.137)杂志上,文章的通讯作者分别是暨南大学长江学者尹芝南教授,耶鲁大学医学院Richard A. Flavell教授,以及出生于台湾的斯坦福大学首席研究员Howard Y. Chang。暨南大学尹芝南教授于2013年被引进到暨南大学筹建生物医学转化研究院并出任院长,主要研究领域为γδ T细胞的分化发育及其在肿瘤免疫、肝炎和肠道菌群调控中的作用,与赛业生物保持长期合作关系。


m6A (N6-腺苷甲基化修饰)是RNA中最丰富、分布最广泛的RNA修饰。2011年,m6A RNA去甲基化酶FTO的发现,让人们重新开始关注RNA甲基化修饰在生理上的作用。近期研究发现,在胚胎干细胞(ESC)中敲除m6A甲基化酶METTL3后,在诱导分化条件下,ESC仍持续高表达多潜能相关基因(Oct3/4、Nanog、Rex1),无法上调分化相关基因(Gata6、Sox1、Otx2等)的表达,使ESC一直处于多潜能化阶段。与ESC分化类似,Naive T细胞可在体内/外特定分化条件下分化为不同的T细胞亚群,但m6A在T细胞稳态和分化中的作用仍然未知。


在这项研究中,研究人员通过构建CD4-Cre Mettl3fl/fl条件性敲除小鼠(以下简称KO鼠)系统性地研究了N6-腺苷甲基化修饰调控T细胞稳态的分子机制。该研究发现,分选的Naive CD4 T细胞在体外相应的细胞因子诱导下,KO小鼠来源的Naive T细胞分化为Th1和Th17细胞的比例显著下降,分化为Th2细胞的比例显著上调,而Treg细胞比例几乎没有变化。且在将KO小鼠CD4+CD25-CD45RBhi Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内后,无法诱导小鼠慢性肠炎。对转输至RAG2-/-小鼠体内的细胞进行分析发现:1) KO小鼠Naive T细胞可在RAG2-/-小鼠体内长期存活(至少12周);2) 转输的KO小鼠Naive T细胞无法进行稳态增殖和分化,始终维持Naive T细胞状态 (图1) 。

Mettl3 KO Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内

m6A控制T细胞稳态分布的分子机制
图1. Mettl3 KO Naive T细胞转输至RAG2-/-小鼠体内不会导致自发性肠炎(a),继续保持初始状态,无法进行稳态增殖(b)


Naive T细胞的稳态和存活主要受IL-7/STAT5和TCR信号通路共同调控。因此,METTL3的敲除可能影响了IL-7R下游信号分子,从而影响了转输的T细胞的增殖和分化。为了验证这一猜想,分选的WT和KO小鼠的Naive T细胞体外给予IL-7/IL-2或anti-CD3/CD28刺激,实验结果表明KO小鼠 Naive T细胞的IL-7信号通路下游的JAK1 和STAT5 磷酸化水平显著降低,而TCR下游信号分子ERK和AKT的本底磷酸化程度增强。进一步研究发现,KO小鼠 Naive T细胞中,一类细胞因子信号抑制分子(SOCS)家族的mRNA水平显著上调,这其中包括SOCS1、SOCS3、CISH,而这些蛋白是已知的IL-7信号抑制分子,其中SOCS1还可抑制Ras-GAP的活性, 从而促进ERK和AKT的磷酸化。上述结果揭示了为何KO小鼠 Naive T细胞无法稳态增殖却可以长期存活,同时也表明,m6A可靶向SOCS蛋白家族,调控IL-7和TCR信号通路,影响Naive T细胞的稳态增殖和分化。


有研究表明,大部分基因(~87%)的mRNA丰度的变化主要是由mRNA的转录速率决定的,但小部分基因(~13%)的mRNA丰度是由降解速率决定。这一小部分基因主要为早期快速诱导基因,而SOCS家族的大部分成员属于IL-7刺激诱导的早期快速诱导基因。然而,T细胞中的m6A其如何选择性靶向SOCS蛋白家族呢?通过RNA降解试验以及全基因组测序的s4U-Seq试验发现: 1) IL-7可诱导SOCS mRNAs的快速降解,解除SOCS家族蛋白对IL-7受体信号通路的抑制作用,促进Naive T细胞重编程(Reprogram)进而启动T细胞的增殖、分化;2)m6A介导了一类基因(包括SOCS 基因)mRNAs的快速降解(图2)。

 


图2. m6A控制T细胞稳态分布的分子机制。 a. Mettl3 KO 初始T细胞内的Socs基因表达升高阻止了IL-7诱导的激活;b.初始T细胞激活的新模型


机体内T细胞的稳态为机体免疫监视和免疫防御提供了重要保障。该项研究首次揭示了体内m6A甲基化修饰在T细胞介导的肠炎中的生理功能,阐明了m6A甲基化修饰在调控辅助性T细胞的效应分化中的作用,为T细胞体内稳态和信号依赖的mRNA的降解提供了新的分子机制,并且表明m6A RNA修饰系统可以作为减轻自身免疫疾病的药物靶点。


作者简介:


尹芝南教授1988年获得上海第二医科大学免疫学硕士学位,1997年获得德国柏林自由大学博士学位。同年赴耶鲁大学医学院风湿科从事博士后研究,2006年晋升为副教授,获得耶鲁大学内科系科研成就奖。2007年起被聘任为南开大学生命科学学院院长,同年被评为国家杰出青年基金获得者,并以首席科学家身份担任科技部重大科学研究计划。2008年被评为教育部“长江学者”特聘教授。2013年被引进到暨南大学筹建生物医学转化研究院并出任院长。主要研究方向为γδ T细胞的分化发育及其在肿瘤免疫、肝炎和肠道菌群调控中的作用,共发表文章96篇,其中以通讯或共同通讯作者发表文章47篇。

 

赛业生物科技简介

cyagen


赛业生物科技集团是全球领先的多元化跨国生物科技实体,2006年成立于美国,中国区总部设立在广州,并在苏州设有子公司,北京、上海、武汉、重庆等地均有办事处。目前员工人数达400余名,总规模超22000平方米,业务经营范围涵盖模式动物、细胞生物学、分子生物学、生物信息学等生命科学领域的多个分支学科。


作为全球领先的转基因/基因敲除模式动物商业技术平台,赛业模式生物研究中心达10000平米,其中包括5000平米的SPF级动物实验室,配备有IVC和EVC饲养设备超过500套,可养殖SPF级大小鼠近30000笼,动物种群规模超过15万只。每年可构建基因敲除鼠转基因鼠模型10000例以上,学术引用累计超过1200篇,是目前国际上最主要、最被认可的基因工程模式动物商业服务平台之一。自主开发的全球首款功能强大的在线载体设计工具VectorBuilder,每年可定制载体超30万个,彻底颠覆生物技术领域传统格局,打造载体构建金标准和新模式。


2009年,赛业通过ISO9001:2008认证并于2012年顺利通过复审,确保向广大专家学者提供的所有产品和技术服务符合国际标准。AAALAC认证的顺利通过,使赛业成为华南地区极少数个获得国际实验动物评估和认可委员会国际认证的单位之一。这不仅是实验动物质量和生物安全水准的象征,更是国际前沿医学研究的质量标志。


赛业公司目前在美国加州Santa Clara 建立起活体实验鼠检测、隔离中心,成为国内唯一一家具有活体实验鼠类出口能力的生物企业;通过国家出入境检验检疫部门的考核,成为华南地区第一家生物材料出入境绿色通道试点单位,加速了实验动物出入境审批流程,并进一步提升了赛业模式动物中心国际服务的能力。


目前公司的产品和技术服务已为全球数百个顶尖生命科学实验室和跨国制药公司提供了帮助,秉承着“为生物科技创造无限可能”的企业愿景服务于全世界的科研学者!

 

赛业生物微信

  • 侧边栏广告 - 模式动物成功案例
  • 侧边栏广告 - 科研奖励基金计划
  • 侧边栏广告-积分兑换礼品