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Nat Immunol:调节性T细胞Tbet、GATA-3转录因子的动态调控与免疫耐受的维持

来源:生物谷 2015-01-20 10:12

20151120日 讯 /生物谷BIOON/ --当接受到特异性的抗原刺激后,CD4+ T细胞将会启动激活与分化的进程,从而进入免疫效应阶段。目前已知的效应性CD4+ T细胞包括Th1Th2Th17Tfh,以及一类起负向调节作用的“调节性T细胞”(regulatory T cellTreg)。免疫学领域一致认为,CD4+ T细胞的分化方向主要是由几种转录因子分别决定的:T-bet控制T细胞分化成为Th1GATA-3控制T细胞分化成为Th2RORγt决定T细胞分化成为Th17,而Treg的代表性转录因子是FoxP3。由于对于每一个T细胞来说,分化的命运只有一种,所以上述各类转录因子的动态调节过程决定了T细胞最终分化方向。

Treg作为一类行使负向调节功能的免疫细胞,对于免疫耐受以及各类自身免疫病的发生都有具体的影响,关于Treg的分化与功能的维持一直以来也是免疫学领域的热点问题。美国国立健康研究所(NIH)的Jinfang Zhu课题组最近在《自然:免疫学》杂志上发表了一篇关于TbetGATA-3两个转录因子的动态调节对于Treg功能的的影响。

首先,作者培育了一种分别带有T-bet–GATA-3–Foxp3三色报告基因的转基因小鼠(TriColor)。(具体原理如下:作者分别将红色荧光蛋白(mRFP),绿色荧光蛋白(GFP),蓝色荧光蛋白(CFP)敲入FoxP3GATA-3Tbet基因下游,并以此为基础分别构建细菌人工染色体(Bacteria Artificial Chromosome),最后导入小鼠胚胎干细胞中,得到分别特异性表达三种特异性报告基因的小鼠。之后通过杂交培育将三种突变汇集到同一小鼠体内,得到Tricolor转基因小鼠。)这种小鼠的特点是在T-betGATA-3Foxp3阳性细胞内会有mRFPGFP以及 CFP的表达。

作者首先分离了TriColor小鼠不同淋巴结组织的Treg细胞进行流式分析。结果显示:小鼠体内的Treg细胞有大约20%表达GATA-310%表达Tbet,两者均表达的细胞占1%~2%。作者筛选了Foxp3+ T-bet- GATA-3- 细胞(即不表达TbetGATA-3Treg)进行体外刺激(Anti-CD3+Anti-CD28为基础刺激剂)。结果显示,在有IL-4Th2细胞的诱导因子)的刺激下,几乎所有细胞均变为GATA-3阳性;同样,在有IFN-γTh1细胞的诱导因子)的刺激下,所有细胞表达Tbet。同时,作者将Foxp3+ T-bet- GATA-3- 细胞移植进入RAG-/- 小鼠(T,B淋巴细胞缺失型突变)体内。一段时间后取出进行分析,发现这一部分细胞有一半左右失去Treg特征,但在另一半残留的Treg细胞内部,看到了一部分细胞开始表达T-betGATA-3,比例与上述结果相似。以上实验说明Treg在体外或体内均存在T-betGATA-3的动态调节能力。

之后,作者采用类似的实验方法证明Foxp3+ T-bet+ GATA-3-Foxp3+ T-bet- GATA-3+细胞之间可以相互转化。

为了进一步确认Tbet的动态变化,作者培育了“Tbet命运追踪小鼠(Tbet fate mapping)。该小鼠的特点是,在雌激素药物tamoxifen的刺激下,Tbet阳性的细胞会立即表达报告基因“tdTomato”,从而能够监测药物刺激当时Tbet的表达情况(具体原理比较复杂,这里不再赘述)。作者首先向Tbet fate mapping小鼠体内注射Tamoxifen,一周之后取出个淋巴结组织进行流式分析,发现存在大量的Tbet- tdTomato+ Treg细胞,这一类群细胞数量远远超出Tbet+ tdTomato+ Treg细胞,说明Treg细胞中Tbet的表达在这一周内发生了明显的下调,验证了之前的实验结果。

作者比较了Treg特异性的TbetGATA-3缺失小鼠的表型特征。发现两者的Treg数量与功能都正常,小鼠也没有表现出明显的自身免疫症状。说明单一转录因子的缺失突变并不影响Treg的功能。然而,当Treg细胞同时缺失两种转录因子时,小鼠产生了明显的自身免疫疾病。另外,作者利用小鼠肠炎模型也证明了缺失双转录因子的Treg细胞失去了抑制肠炎的能力。

综上,作者利用大量的遗传学手段证明了TbetGATA-3Treg分化过程中的动态调控,同时也证明了上述两种转录因子对维持Treg功能的重要性。由此可见,不同CD4+T细胞的类型的标志性转录因子并不是彼此独立的。

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doi:10.1038/ni.3053

PMC:

PMID

Dynamic expression of transcription factors T-bet and GATA-3 by regulatory T cells maintains immunotolerance

Fang Yu, Suveena Sharma, Julie Edwards, Lionel Feigenbaum & Jinfang Zhu

Abstract

Regulatory T cells (Treg cells) can express the transcription factors T-bet and GATA-3, but the function of this expression and whether such cells represent stable subsets is still unknown. By using various reporter tools, we found that the expression of T-bet and GATA-3 in Treg cells was dynamically influenced by the cytokine environment. Treg cell–specific deletion of the gene encoding either T-bet (Tbx21) or GATA-3 (Gata3) alone did not result in loss of Treg cell function; however, mice with combined deficiency in both genes in Treg cells developed severe autoimmune-like diseases. Loss of Treg cell function correlated with upregulation of expression of the transcription factor RORγt and reduced expression of the transcription factor Foxp3. Thus, in the steady state, activated Treg cells transiently upregulated either T-bet or GATA-3 to maintain T cell homeostasis.

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