Pengawal Selia Epigenetik Pautan X UTX Mengawal Perbezaan Jantina Intrinsik Sel NK
Dec 27, 2023
Hasil jangkitan virus adalah berat sebelah seks, dengan lelaki umumnya lebih mudah terdedah daripada wanita. Secara paradoks, bilangan sel pembunuh semulajadi antivirus (NK) meningkat pada lelaki. Kami menunjukkan bahawa walaupun bilangan sel NK meningkat pada tikus jantan, mereka memaparkan penurunan fungsi effector berbanding betina pada tikus dan manusia. Perbezaan ini tidak semata-mata bergantung pada hormon gonad, kerana ia berterusan dalam tikus gonadectomized. Kdm6a (yang mengodkan protein UTX), pengawal selia epigenetik yang terlepas dari ketidakaktifan X, adalah lebih rendah dalam sel NK lelaki, manakala kekurangan UTX sel-intrinsik NK dalam tikus betina meningkatkan nombor sel NK dan mengurangkan tindak balas effector. Tambahan pula, tikus dengan kekurangan UTX sel-intrinsik NK menunjukkan peningkatan kematian kepada sitomegalovirus tetikus. Analisis multi-omik integratif mendedahkan peranan penting untuk UTX dalam mengawal kebolehcapaian kromatin dan ekspresi gen yang kritikal untuk homeostasis sel NK dan fungsi effector. Secara kolektif, data ini membabitkan UTX sebagai penentu molekul kritikal perbezaan jantina dalam sel NK.
Perbezaan jantina yang dipelihara secara evolusi wujud dalam kedua-dua tindak balas imun semula jadi dan adaptif1,2. Walaupun lelaki kurang terdedah kepada autoimun, mereka juga meningkatkan tindak balas imun antivirus yang kurang kuat berbanding wanita. Sebagai contoh, lelaki mempunyai beban sitomegalovirus manusia (HCMV) yang lebih tinggi selepas jangkitan, menunjukkan peningkatan kerentanan terhadap ancaman virus4. Ini juga telah digambarkan baru-baru ini semasa pandemik penyakit coronavirus 2019 (COVID-19), di mana kecenderungan lelaki yang kuat untuk penyakit teruk telah didalilkan untuk mencerminkan perbezaan jantina dalam tindak balas imun5. Pelbagai kajian pada manusia dan tikus baru-baru ini melaporkan perbezaan dalam pengedaran sel imun dan/atau fungsi pada lelaki berbanding wanita6,7. Walau bagaimanapun, asas molekul untuk perbezaan ini, dan mekanisme di mana perbezaan ini mempengaruhi hasil penyakit, masih kurang difahami. Perbezaan jantina dalam mamalia ditakrifkan bukan sahaja oleh hormon gonad yang berbeza tetapi juga oleh dos kromosom seks1. Ungkapan subset gen berkaitan X, sebagai contoh, adalah lebih tinggi pada wanita (XX) daripada lelaki (XY)8. Walaupun wanita menjalani penyahaktifan kromosom X rawak (XCI) untuk mengekalkan tahap ekspresi protein berkaitan X yang sama antara jantina, XCI tidak lengkap, dengan 3-7% gen kromosom X melarikan diri dari penyahaktifan pada tikus dan 20-30% melarikan diri penyahaktifan dalam manusia8,9. Oleh itu, tahap perbezaan ekspresi gen berkaitan X pada wanita berbanding lelaki telah dikaitkan dengan perbezaan jantina dalam pelbagai keadaan termasuk kecacatan tiub saraf10 dan penyakit autoimun11,12. Sebagai limfosit semula jadi jenis 1 yang beredar, sel NK berfungsi sebagai garis pertahanan awal terhadap ahli keluarga herpesvirus13. Kepentingan sel NK dalam imuniti antivirus digambarkan pada pesakit yang mempunyai nombor atau fungsi sel NK yang rosak, yang sangat terdedah kepada jangkitan oleh virus herpes seperti virus HCMV dan Epstein-Barr14. Pada tikus, sel NK diperlukan untuk mengawal sitomegalovirus tetikus (MCMV) dan jangkitan virus lain15. Tikus dengan sama ada kekurangan genetik dalam fungsi sel NK atau kehilangan nombor sel NK mempunyai peningkatan ketara dalam titer dan kematian virus berikutan jangkitan MCMV15–18. Oleh itu, sel NK adalah kritikal dalam imuniti antivirus dalam kedua-dua tikus dan manusia.
cistanche tubulosa-meningkatkan sistem imun
Memandangkan fungsi antiviral yang kuat bagi sel NK, maka adalah tidak dijangka bahawa lelaki yang mudah terdedah kepada virus memaparkan bilangan sel NK yang lebih tinggi6,7. Di luar nombor sel NK, ciri sel NK dimorfik seksual lain yang sebelum ini tidak dihargai mungkin menyumbang kepada perbezaan jantina semasa jangkitan virus. Kami menunjukkan bahawa walaupun sel NK lelaki memaparkan kecergasan selular yang dipertingkatkan pada tikus, mereka menunjukkan penurunan fungsi effector pada tikus dan manusia. Bias seks dalam komposisi dan fungsi sel NK ini tidak sepenuhnya disebabkan oleh perbezaan hormon, kerana ia berterusan dalam tikus gonadectomized. Melalui penyaringan ekspresi pembezaan, kami mengenal pasti pengawal selia epigenetik berkaitan X dan UTX pelarian XCI yang diketahui, yang dinyatakan pada tahap yang jauh lebih rendah dalam kedua-dua tetikus dan sel NK lelaki manusia. UTX mengawal kedua-dua kecergasan sel NK dan fungsi effector dalam cara yang bergantung kepada dos kerana haploinsufficiency UTX dalam sel NK wanita adalah mencukupi untuk meningkatkan bilangan sel NK sambil menjejaskan pengeluaran sitokin dan sitotoksisiti. Sel NK kekurangan UTX wanita menunjukkan kegigihan yang dipertingkatkan dalam vivo dan ketahanan terhadap apoptosis ex vivo, serta peningkatan kerentanan terhadap jangkitan MCMV. Kesan ini adalah bebas daripada aktiviti demethylase intrinsik UTX, kerana nombor sel NK dan pengeluaran interferon (IFN) tidak berubah dalam tikus yang menyatakan mutan UTX 'demethylase-mati'. Analisis integratif menggunakan ujian untuk kromatin boleh diakses transposase menggunakan penjujukan (ATAC-seq), penjujukan RNA pukal (RNA-seq), dan CUT&Tag anti-UTX (Cleavage Under Targets and Tagmentation Assay) jenis liar (WT) dan UTX- sel NK yang kekurangan mendedahkan peranan penting untuk UTX dalam mengawal selia ekspresi lokus gen yang terlibat dalam kecergasan sel NK dan tindak balas effector. Penemuan kami mengenal pasti UTX sebagai pemacu utama perbezaan jantina dalam homeostasis sel NK dan fungsi effector melalui modulasi gen bebas demethylase.
cistanche tubulosa-meningkatkan sistem imun
Klik di sini untuk melihat produk Cistanche Enhance Immunity
【Minta lebih lanjut】 E-mel:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
Keputusan
Dimorfisme seksual NK adalah bebas daripada hormon seks gonad
Siasatan baru-baru ini yang memeriksa limpa tikus C57BL/6 melaporkan peningkatan bilangan sel NK pada lelaki berbanding wanita19. Selaras dengan data ini, kami mendapati bahawa sel NK splenik (dikenal pasti sebagai CD3− TCR − NK1.1+; Data Lanjutan Rajah 1a) dinaikkan dalam kekerapan (Rajah 1a,b) dan nombor mutlak (Rajah 1c ) pada tikus C57BL/6 jantan berbanding betina. Penemuan ini mencadangkan bahawa ciri dimorfik seksual lain di luar nombor sel NK mungkin menyumbang kepada peningkatan kerentanan lelaki kepada jangkitan virus. Sebagai tindak balas kepada jangkitan virus, sel NK adalah penting untuk pengeluaran awal sitokin pro-radang, terutamanya IFN- 20–22. Untuk menguji sama ada perbezaan jantina wujud dalam fungsi intrinsik sel NK, kami membandingkan pengeluaran sitokin effector dalam sel NK yang diasingkan daripada tikus betina berbanding tikus jantan ex vivo. Rangsangan dengan sitokin pro-radang interleukin (IL)-12 dan IL-15 menyebabkan pengeluaran IFN- yang lebih rendah oleh sel NK lelaki (Rajah 1d,e dan Data Lanjutan Rajah 1b). Keputusan yang sama diperhatikan sebagai tindak balas kepada IL-12 dan IL-18 (Data Lanjutan Rajah 1c,d), mencadangkan kecacatan masing-masing dalam responsif sel NK lelaki terhadap rangsangan sitokin. Selain itu, sel NK manusia (TCR − CD3− CD56+ ) diasingkan daripada sel mononuklear darah periferal (PBMC) yang diaktifkan dengan sel leukemia IL-12 dan K562 menghasilkan peratusan IFN yang lebih rendah- + (Rajah 1f dan Data Lanjutan Rajah 1e) dan IFN- min intensiti pendarfluor (MFI; Rajah 1g) dalam sel NK lelaki berbanding wanita. Oleh itu, walaupun bilangan sel NK meningkat, pengeluaran sitokin pengesan sel NK lelaki secara konsisten dikurangkan dalam kedua-dua tikus dan manusia sebagai tindak balas kepada sitokin pro-radang yang disebabkan semasa jangkitan virus.
Jantina wanita atau lelaki adalah berdasarkan gabungan hormon gonad (contohnya, estrogen atau androgen) dan kromosom seks (contohnya, 46XX atau 46XY)1. Kajian terdahulu menunjukkan kesan langsung hormon gonad dalam pengawalan pengeluaran IFN oleh sel NK23, tetapi masih ada kemungkinan bahawa perbezaan jantina sel NK juga boleh dikaitkan dengan faktor intrinsik sel. Untuk mengenal pasti kesan pengantaraan hormon seks, kami memeriksa kelimpahan dan fungsi sel NK dalam tikus gonadectomized. Gonadectomy gagal untuk menghapuskan perbezaan jantina dalam kekerapan sel NK (Rajah 1h dan Data Lanjutan Rajah 1f), nombor mutlak (Rajah 1i) dan pengeluaran protein IFN sebagai tindak balas kepada rangsangan sitokin (Rajah 1j,k dan Data Lanjutan Rajah. 1g), menunjukkan hormon gonad tidak bertanggungjawab sepenuhnya untuk perbezaan jantina dalam sel NK. Walaupun subset pematangan sel NK yang dikenal pasti oleh ekspresi CD11b dan CD27 mempunyai kapasiti pembezaan untuk kelangsungan hidup dan fungsi effector24, sel NK splenik yang diperolehi daripada WT atau tikus betina dan jantan yang gonadectomized tidak menunjukkan perbezaan yang ketara dalam frekuensi subset pematangan sel NK (Data Lanjutan Rajah). 1j–k). Keputusan ini menunjukkan bahawa bias jantina yang diperhatikan dalam nombor sel NK dan fungsi efektor bukan disebabkan oleh keadaan pematangan pembezaan. Oleh itu, kami membuat hipotesis bahawa dos kromosom seks boleh menyumbang kepada kelimpahan dan fungsi sel NK yang berbeza antara jantina.
cistanche tubulosa-meningkatkan sistem imun
UTX terlepas daripada penyahaktifan X dan lebih banyak dinyatakan pada wanita
Walaupun 46XX wanita menjalani XCI untuk mengawal dos gen berkaitan X, subset gen melarikan diri dari XCI (disebut XCI melarikan diri), selalunya menghasilkan ekspresi yang lebih tinggi pada wanita berbanding lelaki25,26. Oleh itu, peningkatan ekspresi pelarian XCI pada wanita berbanding lelaki berpotensi menjadi pengantara perbezaan jantina dalam sel NK. Walaupun gen yang berbeza melarikan diri dari penyahaktifan X pada manusia dan tikus, lima gen (XIST, DDX3X, KDM6A, EIF2S3, KDM5C) sebelum ini telah dikenal pasti sebagai XCI melarikan diri dalam kedua-duanya27. XIST dikecualikan daripada analisis lanjut kerana ia tidak dinyatakan dalam sel lelaki kerana peranannya yang diketahui dalam XCI dalam sel wanita1. Kesemua empat gen yang tinggal telah dikurangkan dengan ketara dalam sel NK lelaki berbanding wanita, dalam kedua-dua manusia (Rajah 2a) dan tikus (Rajah 2b). Tahap transkrip Kdm6a (yang mengekodkan UTX) memaparkan ekspresi dimorfik paling seksual dalam kedua-dua sel NK manusia dan tetikus (Rajah 2a, b). Sel NK lelaki juga menyatakan tahap protein UTX yang lebih rendah berbanding sel NK betina dalam tikus (Rajah 2c, d). Perbezaan dalam tahap transkrip Kdm6a dan paras protein UTX ini berterusan dalam kedua-dua tikus gonadectomized (Rajah 2e-g) dan Four Core Genotypes (FCG) (Data Lanjutan Rajah 2a) di mana pelengkap kromosom seks (XX atau XY) tidak berganding daripada organ seks gonad (ovarium atau testis)28. Data ini menunjukkan tahap ekspresi Kdm6a (UTX) adalah berat sebelah seks dalam sel NK dan terutamanya ditentukan oleh dos kromosom X dan bukannya hormon gonad.
UTX menindas kecergasan sel NK
Untuk menentukan sama ada UTX mengantara perbezaan jantina yang diperhatikan dalam sel NK, kami menghasilkan satu siri tikus dengan kehilangan UTX yang bergantung kepada dos. Pertama, kami menghasilkan tikus betina dengan penghapusan heterozigot UTX dalam sel NK (Kdm6afl / WT Ncr1Cre+, selepas ini dirujuk sebagai UTXHet; Jadual Data Tambahan 1) untuk meniru salinan tunggal UTX yang dinyatakan dalam lelaki. Kami mengesahkan ungkapan protein UTX sel NK yang serupa antara UTXHet betina dan tikus WT (Kdm6afl/y Ncr1Cre-) jantan (Data Lanjutan Rajah 2b). Tikus UTXHet betina memaparkan nombor sel NK splenik yang serupa berbanding dengan WT lelaki (Rajah 3a, b), dan kedua-duanya menunjukkan peningkatan bilangan sel NK berbanding WT betina. Tiada perbezaan ketara dalam kematangan oleh ekspresi CD11b dan CD27 diperhatikan antara sel NK daripada WT betina, WT lelaki dan tikus UTXHet betina (Data Lanjutan Rajah 2c). Oleh itu, kehilangan satu salinan UTX adalah mencukupi untuk meningkatkan nombor sel NK dalam cara yang bebas pematangan. Kami seterusnya menghasilkan tikus dengan penghapusan homozigot UTX (Kdm6afl/flNcr1Cre+, selepas ini dirujuk sebagai UTXNKD; Jadual Data Tambahan 1), mengakibatkan kehilangan kedua-dua salinan UTX dalam sel NK. Ekspresi protein UTX adalah jauh lebih rendah dalam sel NK UTXNKD wanita berbanding sel NK WT wanita oleh sitometri aliran (Data Lanjutan Rajah 2b), serta lebih rendah berbanding dengan sel NK dengan salinan UTX tunggal (iaitu, WT lelaki dan UTXHet wanita ). Ketiadaan protein UTX pada saiz yang diramalkan (180 kD) dalam UTXNKD wanita berbanding sel WT NK telah disahkan oleh western blot (Data Lanjutan Rajah 2d). Kekerapan sel NK dan nombor mutlak meningkat dengan penurunan nombor salinan UTX (Rajah 3c,d dan Data Lanjutan Rajah 3a). Data ini membabitkan UTX dalam mengawal kekerapan sel NK dan nombor mutlak dalam cara yang bergantung kepada dos.
Rajah 1|Perbezaan jantina dalam pengeluaran IFN dan nombor sel NK adalah bebas daripada hormon gonad. a–c, Plot titik perwakilan (a), kekerapan (b), dan nombor mutlak (c) sel NK splenik (CD3− TCR − NK1.1+ ) dalam tikus C57BL/6 betina dan jantan (n { {7}} setiap kumpulan). d,e, Peratusan IFN- + (d) dan IFN-MFI yang dinormalkan (e) daripada jumlah sel NK splenik daripada tikus betina berbanding tikus jantan yang dibiakkan tanpa rawatan (NT) atau IL{{10} } (50 ng ml−1) dan IL{13}} (20 ng ml−1) selama 4 jam, dinormalkan kepada MFI IL perempuan-15/IL{ {18}} rawatan (n=8 setiap kumpulan). f,g, Peratusan IFN{{20}} (f) dan IFN-MFI ternormal (g) CD3− CD56+ perempuan (n=6) dan lelaki (n { {25}}) sel NK manusia dikultur dan dirangsang dengan 10 ng ml−1 IL-12 selama 16 jam dengan kehadiran sel K562, dinormalkan kepada MFI IL wanita-12 rawatan. h, i, Kekerapan (h) dan nombor mutlak (i) sel NK splenik dalam tikus betina dan jantan yang telah gonadectomized (n=18 setiap kumpulan). j,k, Peratusan IFN- + (j) dan IFN-MFI ternormal (k) daripada jumlah sel NK splenik yang diasingkan daripada tikus betina dan jantan yang telah gonadectomized dan dikultur dengan NT atau IL-15 (50 ng ml− 1) dan IL-12 (20 ng ml−1) selama 4 jam (n=12 setiap kumpulan). Data mewakili 2–4 eksperimen bebas. Sampel dibandingkan menggunakan ujian t Pelajar tidak berpasangan dua ekor dan titik data dibentangkan sebagai tikus individu dengan min ± sem (* P < 0.05; ** P < 0.01; *** P < 0.001; **** P < 0.0001). Nilai P khusus adalah seperti berikut: 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.
Untuk mentakrifkan mekanisme yang mendasari peningkatan nombor sel NK dalam tikus UTXNKD (CD45.2+ ), nisbah 1:1 bagi tikus chimeric sumsum tulang campuran (mBMC) dengan WT (CD45.1+ ) telah dihasilkan . Enam minggu selepas penyusunan semula, kami melihat kelebihan daya saing yang ketara bagi sel NK UTXNKD (CD45.2+ ) wanita berbanding WT dalam penerima wanita (CD451x2 ) berikutan pemindahan sumsum tulang (Data Lanjutan Rajah 3b,c). Berbeza dengan sel NK, sel T daripada penderma yang sama (UTXNKD, CD45.2+ ), yang cukup UTX disebabkan oleh pemadaman UTX khusus NK, memaparkan nisbah suntikan asal (1:1; Rajah Data Lanjutan 3b,c). Data ini mencadangkan UTX menindas nombor sel NK dalam cara intrinsik sel semasa pembangunan. Untuk menguji sama ada fenotip ini didorong oleh perbezaan dalam percambahan, kami menganalisis penanda pembahagian sel Ki67 dalam sel NK splenik dalam tikus WT: UTXNKD mBMC, yang disuntik pada nisbah 4: 1 untuk menormalkan nombor sel antara genotip. Secara paradoks, sel NK UTXNKD memaparkan frekuensi rendah sel Ki67+ dan menunjukkan kurang pencairan CFSE sebagai tindak balas kepada IL-15 (Data Lanjutan Rajah 3d,e). Keputusan ini menunjukkan bahawa bilangan sel NK yang lebih tinggi yang diperhatikan dalam tikus UTXNKD bukan disebabkan oleh peningkatan percambahan. Memandangkan keputusan ini, kami membuat hipotesis bahawa kekerapan peningkatan sel NK dalam tikus UTXNKD (Rajah 3c, d) mungkin disebabkan oleh peningkatan kecergasan selular sel NK tanpa adanya ekspresi UTX. Untuk menguji kemungkinan ini, sel NK splenik WT (CD451x2 ) dan UTXNKD (CD45.2+ ) yang berbeza secara kongenikal telah dilabelkan dengan Cell Trace Violet (CTV) dan dipindahkan ke penerima WT (CD45.1+ ) pada Nisbah 1:1 (Data Lanjutan Rajah 3f). Pada hari ke-7 selepas pemindahan, populasi yang dipindahkan telah condong ke arah sel NK UTXNKD dalam limpa penerima (Rajah 3e, f), menunjukkan penindasan UTX sel-intrinsik terhadap homeostasis sel NK matang. Perbezaan ini bukan disebabkan oleh percambahan yang diubah, kerana pencairan CTV oleh kedua-dua populasi yang dipindahkan adalah minimum pada hari ke-7 selepas pemindahan (Data Lanjutan Rajah 3g). Untuk menguji sama ada UTX menindas homeostasis sel NK melalui pengawalan apoptosis, kami membandingkan ungkapan caspase 3 terbelah dalam sel NK yang diisih yang diinkubasi sama ada dengan IL-15 sahaja atau dengan IL-15 dan inducer apoptosis, Nutlin{{42 }}a29. Ekspresi UTX yang lebih rendah berkorelasi dengan caspase 3+ sel NK terbelah yang berkurangan dengan kehadiran IL dos rendah-15 dan rawatan Nutlin-3a (Gamb. 3g, h). Selain itu, sel NK lelaki juga menunjukkan penurunan sederhana tetapi ketara dalam kekerapan caspase 3+ sel NK terbelah sebagai tindak balas kepada Nutlin-3a berbanding sel NK betina, yang juga berterusan dalam tikus gonadectomized (Data Lanjutan Rajah 3h–k). Selain itu, pengawalseliaan apoptosis dan kemandirian sel NK bergantung pada tahap ekspresi relatif Bcl-2 (faktor anti-apoptosis)30, yang boleh dilawan oleh Bim (faktor pro-apoptosis)31. Sel NK UTXNKD menunjukkan peningkatan ekspresi protein intraselular Bcl-2 dan peningkatan sederhana dalam Bim (Rajah 3i,j dan Data Lanjutan Rajah 3l) berbanding sel WT NK. Ini menghasilkan nisbah Bcl-2:Bim yang meningkat dengan ketara dalam sel NK UTXNKD (Rajah 3k). Sel NK lelaki juga menunjukkan peningkatan ketara dalam nisbah Bcl-2:Bim (Rajah 3l), yang berterusan selepas gonadectomy (Rajah 3m). Bersama-sama, data ini menunjukkan bahawa tahap UTX yang diubah mungkin mendasari perbezaan jantina dalam kecergasan sel NK melalui peraturan ekspresi Bcl-2.
Rajah 2|UTX pautan X memaparkan ekspresi gen dimorfik seksual yang bebas daripada hormon seks.a Ekspresi normal gen pelarian XCI menggunakan pangkalan data DICE RNA-seq data pada sel NK yang diisih daripada wanita manusia (n=36) berbanding lelaki (n {{4 }}) dinormalkan kepada perempuan. b, Ekspresi normal gen pelarian XCI oleh PCR kuantitatif dengan transkripsi terbalik (RT-qPCR) dalam sel NK splenik daripada tikus betina berbanding tikus jantan (C57BL/6; berumur 8 minggu, n=5 setiap kumpulan). Gen disusun dengan meningkatkan perubahan lipatan antara perempuan dan lelaki dari kiri ke kanan. c, d, Histogram perwakilan (c) dan MFI yang dinormalisasi (d) ekspresi protein UTX dalam sel NK splenik daripada tikus betina berbanding tikus jantan dengan aliran sitometri, dinormalkan kepada MFI tikus betina (C57BL/6; 8 minggu; n { {12}} setiap kumpulan). e, Ungkapan relatif Kdm6a (UTX) oleh RT–qPCR sel NK splenik terpencil dinormalisasi kepada perempuan (n=6 setiap kumpulan). f,g Histogram perwakilan (f) dan UTX MFI (g) relatif sel NK oleh sitometri aliran daripada limpa tikus betina dan jantan yang telah digonadetomisasi (n=6 setiap kumpulan) dinormalkan kepada betina. Sampel dibandingkan menggunakan ujian t Pelajar dua ekor tidak berpasangan dan titik data dibentangkan sebagai tikus individu dengan min ± sem (*P < 0.{{20}}5; **P < 0.01; ***P < 0.001). Nilai P khusus adalah seperti berikut: 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 meningkatkan fungsi efektor sel NK
Oleh kerana sel NK lelaki mempamerkan pengeluaran IFN yang berkurangan (Rajah 1d, e) bebas daripada hormon gonad (Rajah 1j, k), kami seterusnya berusaha untuk menentukan sama ada fenotip ini dikawal oleh tahap UTX. Selepas rangsangan sitokin, frekuensi dan nombor mutlak sel penghasil IFN- -(Rajah 4a dan Data Lanjutan Rajah 4a,b) serta IFN-MFI (Rajah 4a) adalah serupa antara WT lelaki dan UTXHet NK perempuan sel. Pengeluaran IFN oleh sel NK UTXHet wanita adalah perantaraan antara WT wanita dan sel NK UTXNKD wanita (Rajah 4a dan Data Lanjutan Rajah 4a,b). Trend ini juga diperhatikan dengan membandingkan pengumpulan IFN sel NK oleh ELISA (Rajah 4b). Selain itu, fenomena ini tidak khusus untuk IFN- , kerana pengeluaran faktor perangsang koloni granulosit-makrofaj (GM-CSF), molekul efektor NK pro-radang32, juga dikurangkan dengan penurunan nombor salinan UTX dalam sel NK wanita (Rajah 4c). ).
Sebagai tambahan kepada pengeluaran sitokin, aktiviti sitolitik sel NK adalah penting untuk pertahanan antiviral33 dan antitumor34. Untuk menilai perbezaan jantina dalam sitotoksisiti sel NK, kami melakukan ujian bunuh dengan sel MC38 kekurangan histokompatibiliti utama (MHC) kelas I sebagai sasaran. Pada nisbah sasaran 4:1 effector, sel WT NK lelaki menunjukkan lisis sel sasaran yang jauh lebih rendah berbanding WT betina (Rajah 4d), yang dikekalkan dalam tikus gonadectomized (Data Lanjutan Rajah 4c). Pembunuhan sel sasaran terjejas oleh sel NK lelaki bukan disebabkan oleh perbezaan degranulasi, kerana tahap CD107a adalah serupa antara sel NK wanita dan lelaki (Data Lanjutan Rajah 4d, e). Walau bagaimanapun, lelaki menghasilkan tahap molekul sitotoksik perforin dan granzyme B yang jauh lebih rendah sebagai tindak balas kepada pengikatan reseptor pengaktifan IL-15 dan anti-NK1.1 (Data Lanjutan Rajah 4d,e). Terutama, UTXHet dan sel WT NK lelaki menunjukkan kapasiti membunuh yang sama (Rajah 4d), yang merupakan perantaraan antara sel WT wanita dan UTXNKD NK (Rajah 4d). Bersama-sama, data ini mencadangkan bahawa UTX meningkatkan sitotoksisiti sel NK dalam cara yang bergantung kepada dos.
cistanche tubulosa-meningkatkan sistem imun
Memandangkan kesan kehilangan UTX yang diperhatikan pada fungsi effector sel NK, kami memeriksa sama ada tikus UTXNKD lebih terdedah kepada jangkitan virus. Pengeluaran IFN dan GM-CSF yang pantas adalah penting untuk kawalan antiviral pengantara sel NK20. Secara mengejutkan, tikus UTXNKD dengan cepat tunduk kepada jangkitan (n=3/8 terselamat) apabila dicabar dengan dos sublethal MCMV (Rajah 4e). Selain itu, sel NK splenik kekurangan UTX menunjukkan kecacatan yang ketara dalam pengeluaran IFN dan pengeluaran granzim B dalam jumlah sel NK pada hari 1.5 selepas jangkitan (Rajah 4f dan Data Lanjutan Rajah 4f, g). Selain itu, kecacatan yang sama dalam pengeluaran IFN oleh UTXNKD diperhatikan dalam semua subset pematangan (Data Lanjutan Rajah 4h), membabitkan UTX dalam mengawal pengeluaran IFN dalam cara bebas pematangan. Untuk mengesahkan sama ada dos ekspresi UTX dalam sel NK matang dikaitkan dengan pengeluaran IFN- semasa jangkitan virus dalam vivo, kami menjana tikus transgenik untuk mencapai penghapusan UTX yang boleh disebabkan oleh tamoxifen (Kdm6afl/fl Rosa26ERT2CRE+, selepas ini dirujuk sebagai iUTX−/ −; Jadual Data Tambahan 1). Tikus mBMC dihasilkan dengan campuran 1:1 WT (CD45.1+ ) dan iUTX−/− (CD45.2+ ) untuk mengehadkan pemadaman UTX kepada petak hematopoietik. WT: iUTX−/− tikus mBMC telah dirawat dengan tamoxifen sejurus sebelum jangkitan dengan MCMV untuk menghilangkan ekspresi UTX (Rajah 4g). IDX−/− (CD45.2+ ) sel NK menghasilkan kurang IFN- berbanding dengan rakan WT mereka (Rajah 4h dan Data Lanjutan Rajah 4i). Pentadbiran Tamoxifen dalam tikus WT: iUTX−/− mBMC menghasilkan tahap perbezaan kehilangan protein UTX dan menunjukkan korelasi positif yang ketara antara tahap UTX intraselular dan pengeluaran IFN pada hari 1.5 selepas jangkitan (Rajah 4i). Keputusan ini menunjukkan bahawa tahap UTX sel-intrinsik dalam sel NK matang mengawal pengeluaran molekul effector dan perlindungan seterusnya terhadap jangkitan MCMV.
Rajah 3|UTX menindas kecergasan sel NK. a,b, Kekerapan (F dan M WT: n=12; F UTXHet: n=16; a) dan nombor mutlak (F WT: n=6; M WT: n {{ 4}}; F UTXHet: n=9; b) sel NK dalam limpa tikus betina (F) WT, jantan (M) WT dan F UTXHet. c,d, Kekerapan (WT: n=12; UTXHet: n=16; UTXNKD: n=6; c) dan nombor mutlak (WT: n=8; UTXHet: n {{10}}; UTXNKD: n=6; d) sel NK dalam limpa tikus F WT, UTXHet dan UTXNKD. e, Plot kontur perwakilan WT (CD451x2 ) dan UTXNKD (CD45.2+ ) yang mewakili kongenik yang berbeza sel NK dipindahkan ke penerima WT (CD45.{1+ ) pada nisbah 1:1 sebelum suntikan (kiri) dan pada hari ke-7 selepas pemindahan (kanan). f, Kekerapan sel WT dan UTXNKD dalam limpa tikus penerima sebelum suntikan dan hari ke-7 selepas pemindahan (n=6). g,h, Histogram perwakilan (g) dan peratusan (h) caspase 3+ sel NK yang dibelah bagi tikus WT, UTXHet dan UTXNKD betina yang dikultur dengan IL-15 (5 ng ml−1) dan sama ada dimetilsulfoksida (DMSO; F WT: n=7; F UTXHet: n=11; F UTXNKD: n=6) atau 2.5 μM Nutlin-3a (F WT: n { {33}}; F UTXHet: n=7; F UTXNKD: n=3) selama 24 jam. i–k, Bcl Ternormal-2 MFI (i), Bim MFI (j) dan Bcl-2:Nisbah Bim MFI (k) dalam sel NK splenik daripada tikus WT dan UTXNKD betina (n {{ 39}}). l,m, Bcl{{4{0}}:Nisbah MFI Bim dalam sel NK splenik daripada WT betina dan tikus WT jantan (n=6; l) dan tikus betina dan jantan yang telah digonadetomisasi (n {{ 42}}; m). Data mewakili 2–4 eksperimen bebas. Sampel dibandingkan menggunakan analisis varians sehala biasa (ANOVA; a–d), ANOVA dua hala dengan pembetulan Tukey untuk pelbagai perbandingan (h), atau ujian t Pelajar dua ekor yang tidak berpasangan (f, i–m). Titik data ialah tikus individu dengan min ± sem (NS, tidak signifikan; *P < 0.05; **P < 0.01; * **P < 0.001; ****P < 0.0001). Nilai P khusus adalah seperti berikut: a: F WT lawan M WT=0.0201, M WT lawan UTXHet=0.989, F WT lawan UTXHet=0.0327, WT lawan UTXNKD { {63}}.001; b: F WT lawan M WT=0.0320, M WT lawan UTXHet < 0.99, F WT lawan UTXHet=0.0029, WT lawan UTXNKD=0.001; c: WT lawan UTXHet=0.0375, UTXHet lawan UTXNKD dan WT lawan UTXNKD < 0.0001; d: WT lawan UTXHet=0.0191, UTXHet lawan UTXNKD=0.0278, WT lawan UTXNKD=0.001; f: Pra-suntikan=0.3304; hari 7=0.001918; h: DMSO < 0.0001, Nutlin-3a–F WT berbanding F UTXHet=0.0048, rehat < 0.0001; i < 0.0001; j=0.0004; k=0.0025; l=0.0115; m=0.0227.
UTX mengawal sel NK dengan cara bebas demethylase
Sebagai demethylase histon, UTX boleh mengawal homeostasis sel NK dan program ekspresi gen effector dengan memangkinkan penyingkiran kumpulan metil daripada histon trimetilasi H3 Lys27 (H3K27me3; tanda histon yang menindas) untuk menenangkan kromatin bagi ekspresi gen aktif35. Walau bagaimanapun, UTX juga mempunyai aktiviti bebas demethylase dengan berinteraksi dengan pengawal selia epigenetik dan pengubah kromatin untuk menyelaraskan ekspresi gen36, 37. Untuk meneroka peranan aktiviti demethylase UTX dalam memodulasi homeostasis sel NK dan fungsi effector, kami memanfaatkan tikus yang menyatakan UTX yang tidak aktif secara pemangkin (UTX 'demethylase-dead' atau tikus UTXDMD; Jadual Data Tambahan 1) yang melindungi p.His1146Ala dan p.Glu1148Ala mutasi titik dalam domain pemangkin38. Menariknya, tikus UTXDMD dan WT betina mempamerkan frekuensi yang sama dan bilangan mutlak sel NK splenik (Rajah 5a-c), manakala tikus UTXNKD menunjukkan peningkatan bilangan sel NK splenik berbanding kedua-duanya. Penemuan ini menunjukkan bahawa penindasan UTX terhadap nombor sel NK adalah bebas demethylase. Selain itu, tiada perbezaan diperhatikan antara sel NK WT dan UTXDMD dalam keupayaan untuk menghasilkan IFN- sebagai tindak balas kepada rangsangan sitokin (Rajah 5d-f). Keputusan ini menunjukkan bahawa fungsi UTX dalam menghalang nombor sel NK dan menggalakkan pengeluaran IFN adalah bebas demethylase. Sebagai tambahan kepada satu salinan UTX, lelaki menyatakan Kdm6c yang tidak aktif secara pemangkin (yang mengekod protein UTY), homolog berkaitan kromosom Y bagi UTX. Kami mengesahkan bahawa UTY hanya dinyatakan dalam sel NK lelaki daripada manusia (Data Lanjutan Rajah 5a) dan tikus (Data Lanjutan Rajah 5b) dan tidak diubah oleh gonadectomy pada tikus (Data Lanjutan Rajah 5b). Seperti yang dibincangkan di atas, tiada perbezaan dilihat dalam nombor sel NK atau fungsi effector antara WT lelaki (satu salinan UTX dan UTY) dan tikus UTXHet (satu salinan UTX) betina (Rajah 3a, b dan 4a, d), mencadangkan peranan terhad untuk UTY dalam mengawal selia homeostasis sel NK dan fungsi effector. Selain itu, tikus UTXNKD lelaki (Kdm6afl/y Ncr1cre+) menunjukkan peningkatan kekerapan sel NK dan nombor mutlak (Data Lanjutan Rajah 5c,d) dan menghasilkan kurang IFN- (Data Lanjutan Rajah 5e–h), berbanding kawalan WT lelaki, yang mencerminkan perubahan yang dilihat pada wanita dengan kekurangan UTX sel NK. (Gamb. 3a,b dan 4a,b). Oleh itu, kehilangan UTX dalam sel NK mempunyai kesan yang sama pada wanita dan lelaki.
UTX mengawal transkriptom sel NK dengan membentuk semula kromatin
Kajian baru-baru ini telah mengenal pasti litar pengawalseliaan sel NK (regulon) bahawa sel limfoid semula jadi utama untuk tindak balas efektor pantas walaupun sebelum pengaktifan sel NK 39. Sebagai pengubah suai epigenetik, UTX boleh mengubah transkripsi dengan menyusun kromatin pada elemen pengawalseliaan loci4 gen sasaran{{23} }. Untuk menyiasat pengubahsuaian pengantaraan UTX pada kebolehcapaian kromatin dan ekspresi gen dalam sel NK, kami melakukan ATAC-seq seiring dengan RNA-seq pukal pada WT (CD45.1+) dan UTXNKD (CD45.{{ 9}} ) Sel NK daripada 4:1 WT: UTXNKD mBMC tikus (Data Lanjutan Rajah 6a). Menggunakan tikus mBMC dibenarkan untuk eksperimen terkawal secara dalaman dan meminimumkan faktor mengelirukan alam sekitar. Analisis komponen utama (PCA) bagi kedua-dua data ATAC-seq dan RNA-seq mendedahkan pengelompokan sampel mengikut genotip (Data Lanjutan Rajah 6b). ATAC-seq mendedahkan 3,569 puncak menurun dan 2,113 puncak meningkat dalam kebolehaksesan dalam UTXNKD berbanding sel WT NK (perubahan log2 kali ganda > ±0.5, nilai P terlaras < 0.05 , kadar penemuan palsu (FDR) < 0.05; Jadual Data Tambahan 2). Selain itu, RNA-seq mengenal pasti 701 menurun dan 554 peningkatan gen dalam UTXNKD berbanding WT (perubahan log2 kali ganda > ±0.5, nilai P terlaras <0.05, FDR <0.05; Data Lanjutan Rajah 6c dan Jadual Data Tambahan 3). Penemuan ini mencadangkan perubahan mendalam dalam kedua-dua landskap kromatin dan transkriptom sel NK jika tiada UTX.
sistem imun yang meningkatkan tumbuhan cistanche
Analisis integratif ATAC-seq dan RNA-seq mengenal pasti 395 gen yang kedua-duanya boleh diakses secara berbeza dan dinyatakan dengan korelasi positif yang ketara (korelasi Spearman: R=0.62, P < 2.2 × 10−16) antara log min2 perubahan lipatan puncak ATAC-seq dan perubahan lipatan log2 ekspresi RNA-seq (Data Lanjutan Rajah 6d). Pengelompokan c-bermakna kabur bagi kedua-dua set data ATAC-seq dan RNA-seq mengenal pasti enam kluster utama yang telah menurun dengan ketara (kluster 1, 2, 3 dan 6) atau meningkat (kluster 4 dan 5) ketidakbolehcapaian (Rajah 6a) dan ekspresi (Rajah 6b) dalam sel NK UTXNKD. Untuk analisis pengayaan berfungsi, g:Profiler digunakan untuk menganalisis kelompok gen yang dinyatakan secara berbeza yang dikenal pasti oleh RNA-seq (Rajah 6c). Laluan utama seperti proses sistem imun, pengeluaran sitokin, pengeluaran IFN, pengaktifan limfosit dan proses efektor imun dikaitkan dengan penurunan ekspresi dalam UTXNKD (kelompok 1, 2, 3 dan 6; Rajah 6c). Sementara itu, laluan seperti proses perkembangan, proses biosintetik dan proses metabolik dikaitkan dengan ketara dengan peningkatan ekspresi dalam UTXNKD (kluster 4 dan 5; Rajah 6c). Nota, analisis gen laluan kematian sel mendedahkan pelbagai gen untuk dinyatakan secara berbeza (Data Lanjutan Rajah 6e). Terutamanya, ekspresi gen anti-apoptosis Bcl2 telah meningkat, manakala gen pro-apoptosis Casp3 telah menurun (Data Lanjutan Rajah 6e). Secara kolektif, penemuan ini membabitkan kehilangan hasil UTX dalam pengubahsuaian kebolehcapaian kromatin dan ekspresi gen yang dikaitkan dengan homeostasis sel NK dan fungsi effector.
Rajah 4|UTX meningkatkan fungsi efektor sel NK dan diperlukan untuk kelangsungan hidup melawan jangkitan virus. Peratusan IFN- + dan IFN-MFI ternormal bagi sel NK daripada WT wanita (n=8), WT lelaki (n=8), UTXHet wanita (n=12) dan tikus UTXNKD (n=6) betina tanpa rawatan (NT) atau IL-15 (5{{70}} ng ml−1) dan IL{{1{{8{ {82}}}}}} (20 ng ml−1) selama 4 jam, dinormalkan kepada MFI rawatan IL-15/IL-12 wanita. b,c, IFN- (b) dan GM-CSF (c) kepekatan yang diukur oleh ELISA dalam supernatan daripada WT betina (n=4), UTXHet (n=5) dan UTXNKD (n {{2 0}}) Sel NK dengan NT atau IL-12 (20 ng ml−1) dan IL-18 (1{{1{{1{115} }8}}4}} ng ml−1) selama 4 jam. d, Lisis khusus sel MC38 (sasaran) kekurangan MHCI oleh WT wanita (n {{30}}), WT lelaki (n=8), UTXHet wanita (n=12 ) atau sel NK (efektor) UTXNKD (n=6) wanita selama 16 jam pada nisbah sasaran 4:1 effector:, dinormalkan kepada lisis oleh WT wanita. e, lengkung survival Kaplan–Meier tikus WT dan UTXNKD yang dijangkiti MCMV (n=8). Ujian Mantel–Cox (P=0.0093). f, Peratusan IFN- + (n=14), IFN-MFI yang dinormalkan (n=14) dan granzyme B (GzmB) MFI (n=8) berbanding WT dalam splenik Sel NK pada D1.5 selepas jangkitan MCMV pada tikus 4:1 WT:UTXNKD mBMC. g, Skema 1:1 WT (CD45.1+ ) dan iUTX−/− (CD45.2+ ) sumsum tulang (BM) dipindahkan ke perumah yang kehabisan busulfan dan dirawat dengan 1 mg tamoxifen selama 3 d sebelum jangkitan MCMV. h, Peratusan IFN- + dan IFN-MFI ternormal bagi sel NK daripada 1:1 WT:iUTX−/− tikus mBMC pada D1.5 selepas jangkitan MCMV, dinormalkan kepada WT (n=6). i, Korelasi Pearson dua ekor bagi IFN- berbanding UTX MFI bagi sel NK (n=12; r 2=0.775; P < 0.0001). Data mewakili 2–3 eksperimen bebas. ANOVA dua hala (a–c), ANOVA sehala dengan pembetulan Tukey untuk pelbagai perbandingan (d), atau ujian t Pelajar dua ekor berpasangan (f, h) telah digunakan. Titik data ialah tikus individu dengan min ± sem *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001; ****P < 0.0001. Nilai P khusus: a: F WT lawan M WT=0.0027, F WT lawan F UTXHet dan F WT lawan F UTXNKD < 0.0001, M WT lawan F UTXHet=0.269, F UTXHet lawan F UTXNKD=0.0007; b: WT lawan UTXHet=0.0037, UTXHet lawan UTXNKD=0.0011, WT lawan UTXNKD < 0.0001; c: WT lawan UTXHet=0.0026, UTXHet lawan UTXNKD=0.0349, WT lawan UTXNKD < 0.0001; d: F WT lawan M WT=0.0005, F WT lawan F UTXHet dan F WT lawan F UTXNKD < 0.0001, M WT lawan F UTXHet=0.1616, F UTXHet lawan F UTXNKD {{112 }}.0439; f: %IFN- + < 0.0001, IFN- MFI=0.0024, GzmB=0.0032; g: %IFN- + < 0.0001, IFN- MFI=0.0018. PI, selepas jangkitan.
Rajah 5|UTX mengawal homeostasis sel NK dan pengeluaran IFN bebas daripada aktiviti demethylase. a–c, Plot ketumpatan perwakilan (a), kekerapan (b), dan nombor mutlak (c) sel NK dalam limpa tikus WT, UTXDMD dan UTXNKD betina (n=5 setiap kumpulan). d–f, Plot kontur perwakilan (d), peratusan IFN- + (e) dan IFN-MFI (f) ternormal bagi sel WT, UTXDMD dan UTXNKD NK wanita (n=5 setiap kumpulan) dinormalkan kepada WT. Data mewakili 2–3 eksperimen bebas. Sampel dibandingkan menggunakan ANOVA sehala dengan pembetulan Tukey untuk pelbagai perbandingan. Titik data dibentangkan sebagai tikus individu dengan min ± sem *P < 0.05; **P < 0.01; ****P < 0.0001. Nilai P khusus adalah seperti berikut: b: WT lawan UTXDMD=0.7353, WT lawan UTXNKD dan UTXDMD lawan UTXNKD < 0.0001; c: WT lawan UTXDMD=0.4888, WT lawan UTXNKD dan UTXDMD lawan UTXNKD < 0.0001; e: WT lawan UTXDMD=0.855, WT lawan UTXNKD=0.0030, UTXDMD lawan UTXNKD=0.0380; f: WT lawan UTXDMD=0.1382, WT lawan UTXNKD=0.0079, UTXDMD lawan UTXNKD=0.0166.
Memandangkan perbezaan genom dalam kebolehcapaian dan ekspresi gen yang kami perhatikan oleh ATAC-seq dan RNA-seq, kami juga meneroka kesan pengantaraan UTX langsung. Kami melakukan CUT&Tag anti-UTX diikuti dengan penjujukan, membenarkan pengesanan kawasan DNA yang terikat kepada UTX menggunakan kaedah imunopresipitasi berasaskan antibodi41. Anti-UTX CUT&Tag pada sel WT dan UTXNKD NK yang ditapis isih mendedahkan 5,746 puncak terikat UTX (FDR < 0.01, nilai P terlaras < 0.05; Rajah 6d dan Data Tambahan Jadual 4). PCA bagi kedua-dua data ATAC-seq dan RNA-seq mendedahkan pengelompokan sampel mengikut genotip (Data Lanjutan Rajah 6f). Kami mengenal pasti 191 gen yang terikat UTX, boleh diakses secara berbeza oleh ATAC-seq dan dinyatakan secara berbeza oleh RNA-seq (Rajah 6d). Dalam 191 gen ini, majoriti puncak terikat UTX terletak di kawasan promoter (20.58%), intronik (46.94%) dan intergenik (27.4%) (Rajah 6e). Gen penting yang terlibat dalam homeostasis sel NK (Bcl2 dan Thy1; Rajah 6f) 30,42 dan fungsi effector (Ifng dan Csf2) adalah terikat UTX, boleh diakses secara berbeza dan dinyatakan secara berbeza (Rajah 6g). Selain itu, daripada 191 gen terikat UTX, 140 gen telah dikurangkan dalam ekspresi, manakala baki 51 gen telah meningkat (Jadual Data Tambahan 3) menyokong laporan terdahulu dalam sel T bahawa UTX berfungsi dalam kedua-dua mengaktifkan dan menindas transkripsi gen43. Analisis laluan Enrichr44 pada 191 gen terikat UTX ini mendedahkan penurunan tindak balas keradangan, isyarat IFN dan laluan sitotoksisiti sel NK dalam sel NK UTXNKD (Data Lanjutan Rajah 6g). Sebaliknya, peningkatan proses katabolik selular dan laluan isyarat apoptosis, yang merangkumi kedua-dua gen pro-apoptosis dan anti-apoptosis (contohnya, Bcl2, Bbc3 dan Gadd45g), dilihat dalam sel UTXNKD NK. Antara 865 puncak terikat UTX dengan ekspresi bergantung kepada UTX dan perbezaan kebolehcapaian kromatin (191 gen unik), analisis regresi linear menunjukkan korelasi positif yang ketara (Pearson's R=0.5165, P < 0.0001) antara kromatin kebolehcapaian dan ekspresi gen (Data Lanjutan Rajah 6h, i). Kawasan yang diduduki UTX dalam lokus gen Bcl2, Thy1, Ifng, dan Csf2 sepadan dengan kawasan di mana perbezaan kebolehcapaian dan ekspresi gen turut diperhatikan (Rajah 6f, g). Data ini mencadangkan UTX mengawal kebolehcapaian kromatin dan laluan transkripsi gen yang penting dalam mengawal selia homeostasis dan fungsi sel NK.
UTX diketahui berinteraksi dengan faktor transkripsi (TF) untuk mengatur transkripsi gen sasaran40. Untuk mengenal pasti motif TF yang diduga dengan kebolehcapaian berbeza akibat kehilangan UTX, kami melakukan analisis motif HOMER (Pengoptimuman Hipergeometrik untuk Pengayaan Motif)45 pada puncak boleh diakses secara berbeza yang dikenal pasti oleh ATAC-seq (Data Lanjutan Rajah 6j). TF yang dikaitkan dengan fungsi efektor sel NK (contohnya, Runt (Runx1 dan Runx2)46 dan T-box (Eomes, T-bet, Tbr1 dan Tbx6) 47 ahli keluarga) adalah lebih ketara dan mempunyai peratusan motif sasaran yang lebih tinggi yang dikaitkan dengan mengurangkan kebolehcapaian dalam UTXNKD (kluster 1, 2, 3 dan 6; Data Lanjutan Rajah 6j). Sebaliknya, TF yang dikaitkan dengan percambahan, pembezaan dan metabolisme dalam jari zink dan keluarga ETS TFs48 lebih ketara dikaitkan dengan peningkatan kebolehcapaian (kluster 4 dan 5; Data Lanjutan Rajah 6j). Tambahan pula, analisis motif TF bagi puncak terikat UTX oleh UTX CUT&Tag menyokong keputusan ini dengan mendedahkan TF kritikal dalam kedua-dua proses efektor sel NK (T-bet, Eomes, Runx1 dan Tbx5) dan program pembangunan (ETS1 dan AP-1; Data Lanjutan Rajah 6k). Data ini mencadangkan kedua-dua kebolehcapaian berbeza dan pengikatan langsung UTX bagi motif pengikatan TF penting yang terlibat dalam mengawal selia kecergasan sel NK dan proses effector. Analisis ini mencadangkan bahawa UTX memodulasi landskap kromatin untuk mengawal ekspresi gen yang penting dalam homeostasis sel NK (Bcl2 dan Thy1) dan fungsi effector (Ifng dan Csf2). Akhirnya, penemuan ini mencadangkan model di mana tahap ekspresi UTX yang berbeza mungkin mendasari dimorfisme seksual dalam sel NK sebagai pengawal selia pusat kecergasan sel NK dan fungsi efektor (Rajah 6h).
Rajah 6|Perubahan global dalam kebolehcapaian kromatin sel NK dan transkripsi yang dimediasi oleh UTX. a–c, 4:1 WT: mBMC UTXNKD telah dijana dengan memindahkan WT (CD45.1+ ) dan UTXNKD (CD45.2+ ) sumsum tulang ke dalam tikus perumah limfodepleted (CD451x2 ) dan dibenarkan untuk membentuk semula 6 minggu. Sel NK splenik diisih untuk penyediaan perpustakaan ATAC-seq dan RNA-seq (n=3 setiap kumpulan). Graf garisan (kiri) dan peta haba (kanan) bagi c-means kabur berkelompok puncak boleh diakses secara berbeza yang dikenal pasti oleh ATAC-seq (a) dan gen yang dinyatakan secara berbeza yang dikenal pasti oleh RNA-seq (b) sel NK splenik daripada WT: UTXNKD mBMC tikus (nilai P dilaraskan < 0.05 dan skor keahlian > 0.5). Graf garisan menunjukkan min (garis hitam) dan sisihan piawai (reben merah) nilai signifikan log2 ternormal berpusat min (FDR dan nilai P terlaras < 0.05). c, Analisis laluan bagi gen RNA-seq berkelompok bermakna kabur ketara menggunakan g: Profiler dengan saiz titik yang menunjukkan −log10(nilai P; dikira oleh g: GOSt menggunakan ujian satu ekor Fisher). d–g, Anti-UTX CUT&Tag telah dilakukan dalam sel WT dan UTXNKD NK dan mengenal pasti 5,746 puncak terikat UTX unik (n=3 setiap kumpulan). d, rajah Venn yang menggariskan gen yang boleh diakses secara berbeza (DA) bertindih yang dikenal pasti oleh gen ATAC-seq dan gen yang dinyatakan secara berbeza (DE) yang dikenal pasti oleh RNA-seq. e, Lokasi puncak terikat UTX. f,g, Jejak gen wakil daripada Pelayar Genom Bersepadu UCSC bagi anti-UTX CUT&Tag ('anti-UTX'), ATAC-seq dan RNA-seq bagi Bcl2 dan Thy1 (f) dan Ifng dan Csf2 (g); paksi-y menggambarkan kiraan setiap juta (CPM). h, Skema tentang cara tahap ekspresi UTX yang berbeza mendasari dimorfisme seksual dalam komposisi dan fungsi sel NK (kiri). Gambar rajah bagaimana UTX boleh mengawal atur program gen yang terlibat dalam nombor sel NK dan fungsi efektor semasa homeostasis dan jangkitan virus (kanan). Dicipta dengan BioRender.com.
Perbincangan
Seks ialah pembolehubah biologi kritikal dalam menentukan hasil jangkitan virus3. Ini baru-baru ini digambarkan dengan COVID-19, di mana jantina lelaki dikenal pasti sebagai faktor risiko utama untuk penyakit yang teruk5. Selain itu, kajian terbaru telah mengaitkan disfungsi sel NK dengan penyakit-19 COVID yang teruk49. Memandangkan kepentingan sel NK dalam imuniti antivirus, memahami punca perbezaan jantina dalam biologi sel NK akan mempunyai implikasi yang meluas dalam mengoptimumkan tindak balas effector endogen. Dalam kajian ini, kami menunjukkan bahawa ekspresi UTX yang lebih rendah dalam sel NK lelaki menyumbang kepada peningkatan bilangannya dan penurunan fungsi effector. UTX sel NK diperlukan untuk mengawal kecergasan sel NK, memodulasi kebolehcapaian motif pengikatan TF, meningkatkan kebolehcapaian kromatin pada lokus gen effector, dan menyediakan sel NK untuk tindak balas pantas terhadap jangkitan virus.
Selain sel NK, dimorfisme seksual telah dilaporkan dalam sel B, monosit, neutrofil, CD{0}} sel T dan CD{1}} sel T25. Walaupun perbezaan jantina dalam sel imun sebelum ini telah dilaporkan dimediasi oleh hormon seks gonad50-52, masih ada kemungkinan bahawa subset daripada perbezaan ini juga mungkin dikaitkan dengan ekspresi UTX yang berbeza. Untuk menyokong kemungkinan ini, kekurangan UTX telah dikaitkan dengan penurunan sel T dan nombor sel NK T invarian53–55; dan transkrip UTX adalah lebih rendah dalam sel lelaki berbanding wanita untuk berbilang jenis sel imun (sel CD4+ T, CD8+ sel T, monosit, sel B) yang ditanya dalam pangkalan data DICE56. Kajian fenotip lanjut diperlukan untuk menentukan peranan UTX dalam memodulasi perbezaan jantina dalam jenis sel imun yang lain. Fungsi effector pengantara sel NK termasuk pengeluaran sitokin dan ekspresi molekul sitotoksik. Analisis berbilang omik kami mencadangkan bahawa UTX menyediakan landskap kromatin sel NK untuk bertindak balas dengan cepat kepada cabaran virus dengan meningkatkan kebolehcapaian dan transkripsi lokus effector. Kajian-kajian ini mendedahkan 191 gen (termasuk Ifng dan Csf2) 20,32 yang secara serentak diikat oleh UTX, boleh diakses dan dinyatakan secara berbeza. Pengeluaran sitokin IFN dan GM-CSF yang berkurangan dan kapasiti sitolitik terjejas bagi sel NK kekurangan UTX menyokong peranan UTX dalam menggalakkan fungsi effector semasa keradangan. Walau bagaimanapun, mungkin terdapat akibat tidak langsung tambahan peraturan gen pengantara UTX yang memainkan peranan penting dalam fungsi efektor sel NK, seperti yang dibuktikan oleh gen tambahan yang dinyatakan secara berbeza tetapi tidak terikat oleh UTX.
Sebagai H3K27me3 demethylase, UTX menyediakan kromatin untuk ekspresi gen aktif57. Sebagai tambahan kepada aktiviti pemangkinnya, UTX berfungsi dalam kompleks multiprotein dengan pengawal selia epigenetik lain (contohnya, SWI/SNF, MLL4/5, dan p300) untuk menengahi pembentukan semula kromatin dalam cara bebas demethylase36,57. Kami melaporkan fungsi bebas demethylase UTX dalam mengawal atur homeostasis dan program effector dalam sel NK. Ini berbeza dengan peranan UTX dalam sel NK T invarian, di mana aktiviti demethylasenya diperlukan53. Oleh itu, mekanisme molekul yang berfungsi UTX mungkin khusus keturunan. Untuk menyokong hipotesis ini, UTX telah dilaporkan berinteraksi dengan TF khusus keturunan dalam sel T untuk menyasarkan loci40 effector. Analisis motif HOMER kami mendedahkan potensi interaksi UTX dengan Runx1, Runx2, Eomes dan TF lain yang penting untuk fungsi efektor sel NK semasa jangkitan virus46,47. Selain itu, analisis ini juga menunjukkan interaksi UTX dengan KLF1, KLF5, Sp2, dan TF lain yang dikaitkan dengan percambahan sel NK, pembezaan dan metabolisme48. Tambahan pula, keputusan kami menyokong kajian yang diterbitkan sebelum ini di mana UTX dalam jenis sel lain telah dilaporkan untuk menyelaraskan respons dengan T-bet, Eomes dan Tbx5 (rujuk 40), ETS1 (rujuk 48) dan AP-1 ( ruj.58). Akhirnya, Runx1 telah ditunjukkan untuk berinteraksi dengan kompleks BRG1 dan SWI/SNF yang dikawal oleh UTX46. Walau bagaimanapun, disebabkan sifat korelatif analisis HOMER, kajian lanjut dengan co-imunoprecipitation dan spektrometri jisim diperlukan untuk mengesahkan secara eksperimen interaksi ini in situ. Tambahan pula, sebagai pelarian XCI konstitutif, UTX mungkin mempunyai mekanisme khusus jenis sel melalui dua kemungkinan: (i) kumpulan kofaktor hadir dan (ii) ketersediaan rakan pengikat epigenetiknya. UTX bergantung pada hasil sampingan laluan metabolik untuk kofaktor (contohnya, Fe(II), -ketoglutarat, dan oksigen) yang penting untuk aktiviti enzimatiknya59. Oleh itu, bergantung kepada keadaan metabolik, terdapat kumpulan kofaktor berbeza yang boleh diakses untuk fungsi demetilase UTX, membenarkan tahap perbezaan aktiviti pemangkin berdasarkan jenis sel. Selain itu, kefungsian UTX juga mungkin bergantung pada tahap aktiviti dan ekspresi rakan kongsi pengikatnya (contohnya, MLL3/4, SWI/SNF dan p300) yang dikodkan secara autosom.
manfaat cistanche untuk lelaki-menguatkan sistem imun
Menimbang faktor yang menentukan subset pesakit dengan tindak balas imun yang berbeza akan membolehkan kita melepasi pendekatan terapeutik 'satu saiz untuk semua' kepada paradigma perubatan ketepatan. Kekurangan UTX telah dikaitkan dengan sindrom Kabuki dan sindrom Turner60, dua keadaan manusia yang dikaitkan dengan disregulasi imun dan peningkatan jangkitan. Penemuan kami mencadangkan kemungkinan kekurangan UTX dalam sel NK manusia mungkin menyumbang kepada penurunan imunosurveillance virus yang diperhatikan pada pesakit ini, walaupun kerja masa depan diperlukan untuk menyokong hipotesis ini. Selain itu, memahami perbezaan jantina dalam fungsi sel NK diperlukan untuk memasukkan jantina sebagai faktor biologi dalam keputusan rawatan. Pada lelaki dengan penyakit virus yang teruk, contohnya, meningkatkan aktiviti UTX sel NK boleh memberikan manfaat terapeutik. Kami menjangkakan bahawa pandangan ini akan menjadi penting bukan sahaja dalam persekitaran jangkitan virus tetapi juga dalam jangkitan dan kanser lain, di mana sel NK juga memainkan peranan penting. Penemuan ini juga mungkin mempunyai implikasi penting untuk terapi selular angkat, di mana sel NK adalah subjek minat yang kuat61.
Rujukan
1. Wilkinson, NM, Chen, HC, Lechner, MG & Su, MA Perbezaan jantina dalam imuniti. Annu Rev. Immunol. 40, 75–94 (2022).
2. Klein, SL & Flanagan, KL Perbezaan jantina dalam tindak balas imun. Nat. Rev. Immunol. 16, 626–638 (2016).
3. Pardue, M.-L. & Wizemann, TM Meneroka sumbangan biologi kepada kesihatan manusia: adakah seks penting? The National Academies Press https://doi.org/10.17226/10028 (2001).
4. Gianella, S. et al. Perbezaan jantina dalam replikasi CMV dan kegigihan HIV semasa ART menindas. Open Forum Infect. Dis. 7, ofa289 (2020).
5. Takahashi, T. & Iwasaki, A. Perbezaan jantina dalam tindak balas imun. Sains 371, 347–348 (2021).
6. Patin, E. et al. Variasi semula jadi dalam parameter sel imun semula jadi lebih disukai didorong oleh faktor genetik. Nat. Immunol. 19, 302–314 (2018).
7. Huang, Z. et al. Kesan seks dan penuaan pada landskap sel imun seperti yang dinilai oleh analisis transkriptom sel tunggal. Proc. Natl Acad. Sci. USA 118, e2023216118 (2021).
8. Talebizadeh, Z., Simon, SD & Butler, ekspresi gen kromosom MG X dalam tisu manusia: perbandingan lelaki dan perempuan. Genomics 88, 675–681 (2006).
9. Fang, H., Disteche, CM & Berletch, penyahaktifan dan pelarian JB X: ciri epigenetik dan struktur. Depan. Pembangun Sel. biol. 7, 219 (2019).
10. Chen, X. et al. Perbezaan jantina dalam kecacatan tiub neural dalam tikus p53-null disebabkan oleh perbezaan dalam pelengkap gen X, bukan gen Y. Dev. Neurobiol. 68, 265–273 (2008).
11. Smith-Bouvier, DL et al. Peranan untuk pelengkap kromosom seks dalam bias wanita dalam penyakit autoimun. J. Exp. Med. 205, 1099–1108 (2008).
12. Souyris, M. et al. TLR7 terlepas daripada ketidakaktifan kromosom X dalam sel imun. Sci. Immunol. 3, eaap8855 (2018).
13. Hammer, Q., Ruckert, T. & Romagnani, C. Kekhususan sel pembunuh semulajadi untuk jangkitan virus. Nat. Immunol. 19, 800–808 (2018).
14. Oren, JS Kekurangan sel pembunuh semulajadi. J. Alergi Clin. Immunol. 132, 515–525 (2013).
15. Bukowski, JF, Warner, JF, Dennert, G. & Welsh, RM Kajian pemindahan pakai yang menunjukkan kesan antiviral sel pembunuh semulajadi dalam vivo. J. Exp. Med. 161, 40–52 (1985).
16. Brown, MG et al. Penglibatan penting reseptor pengaktifan sel pembunuh semulajadi dalam penentangan terhadap jangkitan virus. Sains 292, 934–937 (2001).
17. Welsh, RM, Brubaker, JO, Vargas-Cortes, M. & O'Donnell, CL Tindak balas sel pembunuh semulajadi (NK) terhadap jangkitan virus pada tikus dengan kekurangan imun gabungan yang teruk. Rangsangan sel NK dan kawalan jangkitan virus yang bergantung kepada sel NK berlaku secara bebas daripada fungsi sel T dan B. J. Exp. Med. 173, 1053–1063 (1991).
18. Bancroft, GJ, Shellam, GR & Chalmer, JE Pengaruh genetik pada pembesaran sel pembunuh semulajadi semasa jangkitan sitomegalovirus murine: korelasi dengan corak rintangan. J. Immunol. 126, 988–994 (1981).
19. Menees, KB et al. Perubahan yang bergantung kepada jantina dan umur profil sel imun splenik dan fenotip sel NK dan fungsi dalam tikus C57BL/6J. imun. Umur 18, 3 (2021).
20. Mujal, AM, Delconte, RB & Sun, JC Sel pembunuh semulajadi: daripada ciri semula jadi kepada penyesuaian. Annu. Rev. Immunol. 39, 417–447 (2021).
21. Loh, J., Chu, DT, O'Guin, AK, Yokoyama, WM & Virgin, HWT Sel pembunuh semulajadi menggunakan kedua-dua interferon perforin dan gamma untuk mengawal jangkitan sitomegalovirus murine dalam limpa dan hati. J. Virol. 79, 661–667 (2005).
22. Orange, JS, Wang, B., Terhorst, C. & Biron, CA Keperluan untuk interferon-gamma yang dihasilkan sel pembunuh semulajadi dalam pertahanan terhadap jangkitan sitomegalovirus murine dan peningkatan laluan pertahanan ini melalui pentadbiran interleukin-12. J. Exp. Med. 182, 1045–1056 (1995).
23. Nakaya, M., Tachibana, H. & Yamada, K. Kesan estrogen pada populasi sel penghasil interferon-gamma splenosit tikus. Biosci. Bioteknol. Biokim. 70, 47–53 (2006).
24. Chiossone, L. et al. Pematangan sel NK tetikus ialah 4-program pembangunan peringkat. Darah 113, 5488–5496 (2009).
25. Wainer Katsir, K. & Linial, M. Gen manusia yang melarikan diri dari penyahaktifan X yang didedahkan oleh data ekspresi sel tunggal. BMC Genomics 20, 201 (2019).
26. Yang, F., Babak, T., Shendure, J. & Disteche, CM Tinjauan global melarikan diri daripada penyahaktifan X oleh penjujukan RNA dalam tetikus. Genome Res. 20, 614–622 (2010).
27. Berletch, JB et al. Melarikan diri daripada penyahaktifan X berbeza-beza dalam tisu tetikus. Genet PLoS. 11, e1005079 (2015).
28. Arnold, AP Empat genotip teras dan model tetikus XY*: kemas kini tentang kesan ke atas penyelidikan SABV. Neurosci. Biobehav. Wahyu 119, 1–8 (2020).
29. Hasegawa, H. et al. Pengaktifan p53 oleh Nutlin-3a, antagonis MDM2, mendorong apoptosis dan penuaan selular dalam sel leukemia sel T dewasa. Leukemia 23, 2090–2101 (2009).
30. Riggan, L. et al. Faktor transkripsi Fli1 menyekat pembentukan sel NK prekursor ingatan semasa jangkitan virus. Nat. Immunol. 23, 556–567 (2022).
31. Min-Oo, G., Bezman, NA, Madera, S., Sun, JC & Lanier, LL Proapoptotic Bim mengawal pengecutan sel NK khusus antigen dan penjanaan kumpulan sel NK memori selepas jangkitan sitomegalovirus. J. Exp. Med. 211, 1289–1296 (2014).
32. Louis, C. et al. GM-CSF yang berasal dari sel NK mempotensikan arthritis radang dan dikawal secara negatif oleh CIS. J. Exp. Med. 217, e20191421 (2020).
33. Bjorkstrom, NK, Strunz, B. & Ljunggren, HG Sel pembunuh semulajadi dalam imuniti antivirus. Nat. Rev. Immunol. 22, 112–123 (2022).
34. Smyth, MJ et al. Perforin adalah penyumbang utama kepada kawalan sel NK metastasis tumor. J. Immunol. 162, 6658–6662 (1999).
35. Van der Meulen, J., Speleman, F. & Van Vlierberghe, P. UTX demethylase H3K27me3 dalam perkembangan normal dan penyakit. Epigenetik 9, 658–668 (2014).
36. Wang, SP et al. Rangkaian kawal selia transkrip UTX-MLL4-p300 membentuk landskap penambah aktif untuk mendapatkan transkripsi. Mol. Sel 67, 308–321 (2017).
37. Gozdecka, M. et al. Penambah pengantara UTX dan pembentukan semula kromatin menyekat leukemogenesis myeloid melalui peraturan songsang bukan katalitik bagi program ETS dan GATA. Nat. Genet. 50, 883–894 (2018).
38. Wang, C. et al. UTX mengawal pembezaan mesoderm sel stem embrio yang bebas daripada aktiviti demethylase H3K27. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 15324–15329 (2012).
39. Shih, HY et al. Pemerolehan perkembangan regulom mendasari fungsi sel limfoid semula jadi. Sel 165, 1120–1133 (2016).
40. Miller, SA, Mohn, SE & Weinmann, AS Jmjd3 dan UTX memainkan peranan bebas demethylase dalam pembentukan semula kromatin untuk mengawal ekspresi gen yang bergantung kepada ahli keluarga T-box. Mol. Sel 40, 594–605 (2010).
41. Kaya-Okur, HS et al. CUT&Tag untuk pemprofilan epigenomik yang cekap bagi sampel kecil dan sel tunggal. Nat. Commun. 10, 1930 (2019).
42. Kupz, A. et al. Sumbangan sel NK Thy1+ kepada pengeluaran IFN-gamma yang melindungi semasa jangkitan Salmonella typhimurium. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 2252–2257 (2013).
43. Langmead, B. & Salzberg, SL Penjajaran cepat celah-baca dengan Bowtie 2. Nat. Kaedah 9, 357–359 (2012).
44. Chen, EY et al. Enrichr: alat analisis pengayaan senarai gen HTML5 interaktif dan kolaboratif. BMC Bioinformatics 14, 128 (2013).
45. Heinz, S. et al. Gabungan mudah unsur transkripsi penentu keturunan penentuan unsur-unsur utama cis yang diperlukan untuk makrofaj dan identiti sel B. Mol. Sel 38, 576–589 (2010).
46. Rapp, M. et al. Faktor pengikat teras-beta dan faktor transkripsi Runx menggalakkan tindak balas sel pembunuh semulajadi yang adaptif. Sci. Immunol. 2, eaan3796 (2017).
47. Simonetta, F., Pradier, A. & Roosnek, E. T-bet dan eomesodermin dalam pembangunan, kematangan dan fungsi sel NK. Depan. Immunol. 7, 241 (2016).
48. Presnell, JS, Schnitzler, CE & Browne, WE KLF/SP faktor transkripsi evolusi keluarga: pengembangan, kepelbagaian dan inovasi dalam eukariota. Biol Genom. Evol. 7, 2289–2309 (2015).
49. Kramer, B. et al. Tandatangan IFN-alpha awal dan disfungsi berterusan adalah ciri membezakan sel NK dalam COVID yang teruk-19. Kekebalan 54, 2650–2669 (2021).
50. D'Agostino, P. et al. Hormon seks memodulasi mediator keradangan yang dihasilkan oleh makrofaj. Ann. NY Acad. Sci. 876, 426–429 (1999).
51. Lu, FX et al. Kekuatan imuniti sel B dalam kera rhesus betina dikawal oleh CD{1}} sel T di bawah pengaruh hormon steroid ovari. Clin. Exp. Immunol. 128, 10–20 (2002).
52. Singh, RP & Bischof, DS Hormon seks dan jantina mempengaruhi ekspresi penanda sel T pengawalseliaan dalam pesakit SLE. Depan. Immunol. 12, 619268 (2021).
53. Tukang masak, KD et al. Pembersihan yang bergantung kepada sel pembantu folikel T bagi jangkitan virus yang berterusan memerlukan ekspresi sel T daripada histone demethylase UTX. Kekebalan 43, 703–714 (2015).
54. Beyaz, S. et al. Histone demethylase UTX mengawal program epigenetik khusus keturunan bagi sel T pembunuh semula jadi invarian. Nat. Immunol. 18, 184–195 (2017).
55. Mitchell, JE et al. UTX menggalakkan pertahanan antivirus CD8+ pengantaraan sel T tetapi mengurangkan ketahanan sel T. Rep. Sel 35, 108966 (2021).
56. Schmiedel, BJ et al. Kesan polimorfisme genetik pada ekspresi gen sel imun manusia. Sel 175, 1701–1715 (2018).
57. Bosselut, R. Fungsi pleiotropik H3K27Me3 demetilase dalam pembezaan sel imun. Trend Immunol. 37, 102–113 (2016).
58. Kechin, A., Boyarskikh, U., Kel, A. & Filipenko, M. cutPrimers: alat baharu untuk pemotongan primer yang tepat daripada bacaan penjujukan generasi seterusnya yang disasarkan. J. Pengiraan. biol. 24, 1138–1143 (2017).
59. Hong, S. et al. Pengenalpastian UTX dan JMJD3 yang mengandungi domain JmjC sebagai histon H3 lysine 27 demethylases. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 18439–18444 (2007).
60. Van Laarhoven, PM et al. Gen sindrom Kabuki KMT2D dan KDM6A: analisis berfungsi menunjukkan peranan penting dalam perkembangan kraniofasial, jantung dan otak. Hum. Mol. Genet. 24, 4443–4453 (2015).
61. Rezvani, K. Terapi sel pakai menggunakan sel pembunuh semulajadi yang direka bentuk. Pemindahan Sumsum Tulang. 54, 785–788 (2019).
