Promiskuitní genová exprese - Promiscuous gene expression

Promiskuitní genová exprese (PGE), dříve označovaný jako ektopická exprese, je proces specifický pro brzlík která hraje klíčovou roli při zřizování centrální tolerance. Tento jev umožňuje generováníantigeny, tzv antigeny omezené na tkáně (TRA), které jsou v těle vyjádřeny pouze jedním nebo několika specifickými papírové kapesníky (antigeny se řadí mezi TRA, pokud jsou exprimovány méně než pěti tkáněmi ze šedesáti testovaných ^[1]). Tyto antigeny jsou reprezentovány například inzulín z slinivka břišní nebo defensiny z gastrointestinální trakt.^[2] Buňky prezentující antigeny (APC) brzlíku, jmenovitě medulární epiteliální buňky brzlíku (mTEC), dendritické buňky (DC) a B buňky jsou schopni prezentovat peptidy odvozené od TRA k vývoji T buňky (brzlík je hlavním původcem vývoje T buněk ^[3]) a tímto test, zda jejich Receptory T buněk (TCR) zapojují vlastní entity, a proto jejich výskyt v těle může potenciálně vést k rozvoji autoimunitní onemocnění. V takovém případě thymické APC indukují apoptóza v těchto autoreaktivní T buňky (negativní výběr) nebo se odchylují, aby se staly T regulační buňky (Výběr Treg), které potlačují samovolně reagující T buňky v těle, které unikly negativní selekci v brzlíku.^[4] PGE je tedy zásadní pro ochranu tkání před autoimunita.

Charakteristika PGE v odlišných typech buněk

Obvyklá úroveň genová exprese v periferních tkáních (např. slezina, ledviny, játra atd.) dosahuje přibližně 60% kódování myši genom. Některé periferní tkáně, včetně plíce, mozek a varle, odhalit repertoár vyjádřených geny asi o 10% širší. Důležité je, že PGE v brzlíku, který je zprostředkován jedinečnou podmnožinou epitelové buňky nazývané mTEC, spouští expresi velké většiny genů z celého genomu (~ 85%). Tak široký repertoár exprimovaných genů nebyl prokázán v žádné jiné tkáni těla.^[5]

mTEC

Proces PGE v brzlíku byl objeven koncem 80. let ^[6] trvalo však deset let, než se zjistilo, že podmnožina buněk, která zprostředkovává PGE, a proto poskytuje „knihovnu“ TRA, jsou mTEC.^[7] Ukázalo se, že tyto buňky jednoznačně exprimují a protein volala autoimunitní regulátor (Aire), který řídí výraz přibližně 40% TRA, označovaných jako Aire-dependent, a je zatím jediným dobře charakterizovaným řidičem PGE.^[8] Poruchy exprese Aire vedou k multiorgánové autoimunitě u myší a způsobují závažný autoimunitní syndrom zvaný OČEKÁVÁNO v člověku.^[9][10] Protože Aire není výhradním regulátorem PGE, více než polovina TRA je nezávislá na Aire a stále není známo, jak je jejich PGE organizován.^[11]

mTEC jsou velmi heterogenní populace a alespoň by se měly rozdělit na MHCII podmnožina s nízkou expresí (mTECsLO) a podmnožina s vysokou expresí MHCII (mTECsHI), který je považován za dospělý.^[12] Aire je vyjádřen pouze o 30%.^[5]

Bylo zjištěno, že PGE působí stochasticky, což znamená, že každý mTEC exprimuje odlišnou sadu ARA závislých a Aire nezávislých TRA.^[13] Navzdory své stochasticitě jsou TRA společně vyjádřeny v klastrech, které však spíše odrážejí jejich společnou lokalizaci na chromozomy než vzory společné exprese z konkrétních tkání. Přestože bylo zjištěno, že TRA zapojené do každého klastru jsou konzistentní, PGE celého klastru je přechodný a mění se během vývoje mTEC.^[14] Kromě toho se tyto klastry mezi jednotlivci velmi liší.^[15] PGE je odlišný od exprese TRA v periferních tkáních také jeho monoalelic nebo bialelic průběh.^[16] Na druhou stranu, úroveň vyjádření TRA a počet alternativní sestřih varianty proteinu v brzlíku odpovídají periferním tkáním.^[17][5]

PGE je vysoce konzervovaný mezi myší a člověkem.^[18]

B buňky

Ačkoli se ukázalo, že thymické B buňky indukují buď negativní selekci nebo selekce Treg, jejich význam pro stanovení centrální tolerance zůstává nepolapitelný.^[19][20] Předpokládá se však, že B buňky v brzlíku mají licenci od CD40 -CD40L interakce s autoreaktivními T buňkami k aktivaci exprese Aire a zvýšení hladiny MHCII a CD80. Kromě toho Aire řídí PGE Aire-dependentních TRA v B buňkách a protože jejich repertoár se nepřekrývá s repertoárem mTEC, měl by rozšířit rozsah periferních antigenů zobrazených v brzlíku.^[21]

PGE na periferii

Kromě brzlíku je Aire vyjádřen také na periferii, konkrétně v sekundární lymfatické orgány. Hledání konkrétního typu buněk vyjadřujících Aire však stále pokračuje kvůli konfliktním výsledkům.^[22][23] Zdá se, že je jasné, že tyto buňky exprimují TRA závislé na Aire, které se liší od buněk v mTEC.^[22] V souladu s jejich vysokou expresí MHCII a velmi omezenou expresí MHCII kostimulační molekuly bylo prokázáno, že tyto buňky vytvářejí toleranci inaktivací autoreaktivních T buněk spíše než indukováním apoptózy v nich.^[23]

Hlavní regulátory PGE

Aire a její partneři

Aire není klasický transkripční faktor, protože místo uznání konkrétních konsensuální sekvence „Aire hledá geny označené specifickými histon známky, jako je absence H3K4me3 a přítomnost H3K27me3, které označují transkripčně neaktivní chromatin.^[24][25][26] Tento typ rozpoznávání genů logicky vysvětluje vysoký počet genů, jejichž exprese je ovlivněna Aire. K dispozici je také alternativní vysvětlení, že Aire rozpoznává umlčený chromatin díky interakci s molekulárním komplexem ATF7ip - MBD1 který váže methylovaný CpG di-nukleotidy.^[27]

Po rozpoznání genů závislých na Aire se Aire rekrutuje topoizomeráza II provést dvojité vlákno DNA přestávky na jejich transkripční počáteční weby (TSS).^[28] Tyto brzdy přitahují DNA PK a další Odpověď na poškození DNA proteiny, které uvolňují okolní chromatin a opravují zlomy.^[29][30] Následně Aire rekrutuje elongační komplex p-TEFb k TSS,^[31] který uvolňuje zastavil RNA II polymerázy a proto aktivuje transkripci (PGE) genů závislých na Aire.^[32] Interakce mezi Aire a p-TEFb je umožněna jinou partnerskou molekulou Brd4, který stabilizuje tento molekulární komplex.^[33]

Pro správnou aktivaci PGE vyžaduje Aire celkem asi padesát partnerských molekul.^[30] Mezi těmito molekulami se dále řadí acetyláza Creb vázající protein (CBP), který zvyšuje stabilitu Aire, tlumí však jeho transaktivační vlastnosti a deacetylázu Sirtuin 1 (Sirt1), který je nezbytný pro aktivaci PGE ARA závislých TRA.^[34][35] Za zmínku také stojí Hipk2, který fosforyláty Aire a CBP však jeho absence ovlivňuje většinou PGE genů nezávislých na Aire, což naznačuje, že tomu tak je kináza může spolupracovat s jiným neznámým transkripčním regulátorem.^[36]

Nedávno bylo prokázáno, že molekulární komplexy Aire a jeho partnerů se lokalizují do specifických částí nazývaného chromatinu super-zesilovače.^[37]

Naproti tomu se o transkripci samotného Aire neví mnoho. Několik studií nicméně naznačuje, že hlavní roli při spouštění Aireovy exprese hraje NF-kB signální dráha,^[38][39] podobně jako při vývoji mTEC.^[40] Exprese Aire a PGE TRA závislých na Aire je také ovlivněna pohlavními hormony. Androgeny tyto procesy zlepšují, zatímco účinek estrogenů je zcela opačný a vede k méně účinnému PGE.^[41][42]

Fezf2

Fezf2 (embryonální protein z předního mozku podobný zinku jako prstu 2) byl nedávno objeven jako druhý regulátor PGE.^[43] Přestože o jeho působení v brzlíku toho není příliš známo, hraje Fezf2 ve výrazném kontrastu s Aire roli v různých fyziologických procesech než centrální tolerance, např. vývoj mozku a působí jako klasický transkripční faktor. V brzlíku je však Fezf2 exprimován téměř 80% mTEC a ne jinými buňkami. Repertoár TRA zapojených do PGE řízeného Fezf2 se nepřekrývá s repertoárem Aire a zahrnuje geny dříve definované jako nezávislé na Aire, např. Fabp9 (TRA varlat). Tato skutečnost je také podpořena různými projevy autoimunity ve Fezf2 vykrojená myš (KO), ve srovnání s myší Aire KO.^[44]

Bylo zjištěno, že exprese Fezf2 je nezávislá na Aire, ale byla vyvolána také receptorem signální dráhy NF-kB, konkrétně LtβR.^[43]

Bylo zjištěno, že exprese Aire a Fezf2 je upregulována po adhezi mTEC k vývoji T buněk, což ukazuje na skutečnost, že funkční PGE vyžaduje přímý kontakt s T buňkami.^[45]

Reference