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【Gene of the Week】三分钟带你了解TNF-α及其受体

TNF-α及其受体 | 赛业生物

 

想调整研究方向,获得学术研究突破口?想获得论文选题思路,提高发文命中率?你需要了解学科发展态势和未来走向!赛业生物专栏《Gene of the Week》每周会根据热点研究领域介绍一个基因,详细为您介绍基因基本信息、研究概况和应用背景等,助您保持学术研究敏锐度,提高科学研究效率,期待您的持续关注哦。今天我们要讲的主角是免疫研究热门靶点TNF基因。

 

基因基本信息

TNF基因敲除小鼠 | 赛业生物

备注:标有√的意为赛业红鼠资源库有该种保存状态的小鼠

 

TNF-α简介

TNF基因,也称TNF-α基因,编码肿瘤坏死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily,TNFSF)中的TNF-α蛋白。TNF-α最早在1970年代由Carswell等人发现,因其具有抑制肿瘤细胞增殖,引起肿瘤消退(tumor regression)的能力而被命名。TNF-α主要由活化的巨噬细胞产生,其含233个氨基酸的跨膜(transmembrane)前体蛋白(mTNF-α)经TNF转换酶 (TNF-α converting enzyme,TACE) 切割掉信号肽后,形成含157个氨基酸的可溶性TNF-α蛋白(sTNF-α)。

图1. TACE剪切TNF-α前体蛋白

图1. TACE剪切TNF-α前体蛋白[2]

 

TNF-α的受体及相关信号通路

TNF-α有两个受体:TNF receptor type 1 (TNFR1, 也称为p55、CD120a) 和TNF receptor type 2 (TNFR2, 也称为p75、CD120b)。其中,TNFR1持续性表达在几乎所有有核细胞的表面;而TNFR2的表达范围比较局限,主要是诱导性表达在一些免疫细胞(e.g. T细胞和巨噬细胞等)、神经细胞,以及内皮细胞中[1]

 

机体中与TNF-α结合的受体主要是TNFR1,且mTNF-α和sTNF-α都能激活TNFR1。TNFR1的胞质尾含有一个死亡域(death domain, DD),当TNF三聚体与TNFR1结合时,DD发生构型变化,招募肿瘤坏死因子受体相关死亡域蛋白(TNFR1-associated DD, TRADD)以及受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1 (receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1,RIPK1),并根据RIPK1的泛素化状态,激活不同的下游通路。其中,当复合物I(TRADD、TRAF2、cIAP1/2和RIPK1)形成时,NF-κB和AP1转录因子被激活,从而促进细胞存活、组织再生或炎症反应;当复合物IIa (TRADD、FADD和caspase-8)和 复合物IIb(RIPK1、RIPK3、FADD、FLIPL和caspase-8)的形成会导致caspase-8的前体被剪切,形成成熟的caspase-8蛋白,并引发细胞凋亡;而当复合物IIc(RIPK1、RIPK3、MLKL)形成时,混合系列蛋白激酶样结构域(mixed lineage kinase domain-like protein,MLKL) 被激活,引发细胞坏死。

 

与TNFR1不同,TNFR2主要与mTNF-α结合,且TNFR2的胞质尾不含DD,能直接与肿瘤坏死受体相关因子1(TNFR associated factor 1,TRAF1)和肿瘤坏死受体相关因子2(TNFR associated factor 2 ,TRAF2)相互作用,在稳态信号下诱导复合物 I 的形成,激活NF-κB通路,促进细胞存活。

 

此外,由 LTA基因编码的同样隶属于TNSF超家族的TNF-β蛋白,也称为淋巴毒素α(Lymphotoxin Alpha,LT-α),也能与TNFR1和TNFR2相结合。

图2. TNFR1与TNFR2介导的信号通路

图2. TNFR1与TNFR2介导的信号通路[3]

 

小结

作为一种细胞因子,TNF-α在免疫反应中发挥了重要作用,包括促进炎症反应、细胞增殖和分化、细胞凋亡和坏死等。此外,TNF-α的过表达与多种疾病的发展息息相关,例如哮喘、类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis, RA)、银屑病性关节炎(psoriatic arthritis, PA)、炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)、糖尿病(diabetes)和动脉粥样硬化(Atherosclerosis)等[4]。相对于非特异性免疫抑制剂,TNF-α抑制剂提供了靶向治疗。目前,TNF-α抑制剂在多种炎症性疾病的治疗中都取得了不错的效果。例如,全球首个获批的TNF-α抑制剂 -- 艾伯维(AbbVie)公司的阿达木单抗(adalimumab),其在美国已获批包括10个适应症,在中国也已获批了3个适应症:RA、PA和AS。

 

赛业生物TNF-α基因编辑鼠助力免疫研究

赛业生物“红鼠资源库”可以为您提供TNF-α全身性敲除小鼠TNF-α条件性敲除小鼠研究TNF-α相关机制,如有需要,欢迎联系我们~

TNF-α全身性敲除小鼠和TNF-α条件性敲除小鼠

 

TNF-α人源化小鼠

品系背景:C57BL/6J

 

品系构建策略:

通过基因替换实现TNF-α人源化:小鼠TNF-α基因被人源TNF-α基因取代。hTNF-α的表达受小鼠内源性启动子调控。

 

品系说明:

hTNF-α在小鼠体内具有正常的生理表达和调节模式。

小鼠靶基因不表达。

 

研究应用:

本模型可用于评估hTNF-α靶向药物在体内的有效性和安全性。

通常用于自身免疫性疾病和炎症领域。

 

模型验证:

TNF-α表达检测

图1. LPS处理后mTNF-α和hTNF-α的平均血浆浓度 | 赛业生物

图1. LPS处理后mTNF-α和hTNF-α的平均血浆浓度。

用生理盐水 或LPS处理从野生型小鼠(n=2)和hTNF-α小鼠(n=2)收集的血浆样品,通过ELISA测量mTNF-α(A)和hTNF-α(B)的平均浓度。

 

图2. ELISA分析hTNF-α(红色)和mTNF-α(蓝色)的分泌情况 | 赛业生物

图2. ELISA分析hTNF-α(红色)和mTNF-α(蓝色)的分泌情况。

左图:αCD3/αCD28刺激人外周血单个核细胞(hPBMC);右图:讲野生型小鼠或hTNF-α小鼠的脾细胞用αCD3/αCD28激活(Act)或不做处理(NA)。在αCD3/αCD28处理后,hTNF-α小鼠的外周血单个核细胞分泌hTNF-α,而不分泌mTNF-α。

 

图3. hTNF-α和mTNF-α的抗增殖活性 | 赛业生物

图3. hTNF-α和mTNF-α的抗增殖活性。

左图:用αCD3/αCD28激活野生型小鼠和hTNF-α小鼠脾细胞,收集上清液来处理L929细胞。与野生型脾细胞上清液相比,用hTNF-α小鼠的脾细胞上清液处理后的L929细胞呈现出TNF-α浓度依赖性的抗增殖表型。右图:用anti-mTNF-α抗体和anti-hTNF-α抗体预处理野生型小鼠和hTNF-α小鼠上清液能够解除对L929的增殖抑制作用。

 

图4. hTNF-α诱导hTNF-α小鼠体内包括mMCP1在内的多种细胞因子的表达 | 赛业生物

图4. hTNF-α诱导hTNF-α小鼠体内包括mMCP1在内的多种细胞因子的表达。

 

参考文献:

[1] Hijdra D., Vorselaars A.D., Grutters J.C. et al. Differential expression of TNFR1 (CD120a) and TNFR2 (CD120b) on subpopulations of human monocytes. J Inflamm 9, 38 (2012).

[2] Black R.A. Tumor necrosis factor-α converting enzyme. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 34,1–5 (2002).

[3] Holbrook J, Lara-Reyna S, Jarosz-Griffiths H, McDermott M. Tumour necrosis factor signalling in health and disease. F1000Res. 8:F1000 Faculty Rev-111(2019).

[4] Iqbal M., Verpoorte R., Korthout H.A.A.J. et al. Phytochemicals as a potential source for TNF-α inhibitors. Phytochem Rev 12, 65–93 (2013).

 

关于赛业

赛业生物历经15年发展,已服务全球数万名科学家,产品和技术已直接应用于包括CNS(Cell,Nature, Science)三大期刊在内的4800余篇学术论文。除了提供基因敲除基因敲入条件性基因敲除模型定制服务外,赛业生物还有专业的手术疾病模型团队,可以提供多种复杂精细的小动物手术疾病模型;药物筛选评价小鼠平台可以提供从欧美行业领袖引进的免疫缺陷鼠、用于心血管及阿尔茨海默症等研究的人源化小鼠;国际标准化无菌鼠技术平台可以提供无菌鼠、无菌动物定制服务、微生物菌群移植服务等基于无菌动物模型的各类产品和服务,结合赛业生物成熟稳定的基因编辑小鼠平台,还可帮助您研究菌群与基因的互作机制。

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