对抗自体免疫疾病的新希望:发现雌性免疫细胞如何将第二条 X 染色体去活化

作者 | 发布日期 2017 年 12 月 14 日 11:49 | 分类 医疗科技 , 生物科技
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【Technews科技新报】我们的身体拥有免疫系统能够抵御外来病原体的侵袭,因而让我们免除疾病,但是在某些情况下免疫功能失调,会使我们自己的组织、细胞受损,甚至会有生命危险,这就是所谓的自体免疫疾病(Autoimmune Disease)。



过多未抑制的 X 染色体表现易引发自体免疫

自体免疫疾病发生在雌性身上的机率高于雄性,主要原因是雌性的性染色体(sex chromosome)为两个 X。雌性哺乳类细胞中会发生 X 染色体去活化(X chromosome inactivation)的过程,是指两条 X 染色体的其中之一条失去活性的现象。X 染色体会被包装成异染色质(Heterochromatin),上面的基因受抑制而不表现,可使雌性不会因为拥有两个 X 染色体而产生两倍相同的基因产物。但是有时在免疫细胞中,去活化的 X 染色体上有某些基因能逃过该过程,使雌性额外表现免疫相关基因,造成异常的自体免疫。

在一项新研究中,宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的研究小组阐述了当免疫系统中的 B 细胞,因遇到外来抗原而开始在骨髓中发育成熟时,X 染色体去活化的过程是如何受到调控的。他们研究女性体内的动态机制,阐明当转录因子(transcription factor)YY1 存在时,缺乏 X 染色体失活标记的 B 细胞,会在 B 细胞活化期间再度恢复这些修饰,一样造成 X 染色体的去活性。

宾夕法尼亚州兽医学院生物医学系的助理教授 Montserrat C.Anguera 说:“令人惊奇的是,B 细胞既是抗体(antibody)也是自体抗体(autoantibody)的生产者,因此它们在保护性的免疫反应和自体免疫反应中都至关重要。我们所面临的一大问题是,为什么启动这种染色体的免疫细胞会受到不同的调节,而且如果当这些过程出现问题,究竟是如何导致自体免疫反应(autoimmunity)和自身耐受(self tolerance)功能的丧失?”

解开免疫细胞过度表现之谜

该研究发布在 PLOS Genetics,由 Anguera 的实验室的博士生 Camille M. Syrett 所领导。Anguera 及其同事在《国家科学院学报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发布的一项研究中发现,初始的、未受刺激的女性淋巴细胞,包括 B 细胞和 T 细胞,都未能完全使 X 染色体去活性。研究表明,关键在于 Xist 这个非编码的 RNA 转录物(non-coding RNA transcript)。X 染色体上存在一段称为 X 去活化中心(X inactivation center,XIC)的序列,XIC 序列上带有一个非转译的 RNA 基因,就是 Xist。Xist RNA 会从 XIC 位置开始,逐渐将其中一条 X 染色体包覆起来,不久就会发生基因沉默(gene silencing)现象。在初始的淋巴细胞中,Xist 未能定位出该去活化的 X 染色体,就无法顺利包覆它使之去活化。但当免疫细胞被激活后,Xist RNA 又会重新出现在适当的位置,完成它的工作。“我们相当好奇到底是什么将 Xist RNA 引领回来。”Syrett 说。

该团队使用萤光追踪物来定位 Xist 在雌性小鼠中B细胞的位置。他们发现 B 细胞的前驱物(precursor),如造血干细胞(hematopoeietic stem cell)和共同淋巴前驱细胞(common lymphoid progenitor),在去活化 X 染色体上可观察到清晰的 Xist RNA。然而,当这些 B 细胞前驱物逐渐发展成为 B 细胞时,Xist RNA 似乎会先消失,然后才再度出现。

除此之外,他们还发现,在 X 染色体失活期间应该抑制基因表现的异染色质修饰(heterochromatin modification),在 B 细胞发育过程中会消失。“这表明真的有一些非常不寻常的现象发生在雌性 B 细胞发育的过程中”,Anguera 表示。

为了解 Xist 如何在 B 细胞激活后再度被带回来使 X 染色体去活化,研究人员追踪 B 细胞中的 Xist RNA。他们发现 Xist 的再现发生在两个不同的阶段:细胞被激活后 4 至 16 小时,开始出现 Xist RNA 零星的斑点。刺激后 16 至 30 小时,Xist RNA 仅集中在去活化的 X 染色体上。异染色质修饰在第二阶段也逐渐增加并定位在去活化 X 上。

RNA 非转译片段 Xist 扮演关键角色

该团队研究指出,YY1 蛋白质是将 Xist 再度带回来的关键角色。他们观察缺乏 YY1 小鼠体内的 B 细胞,发现异染色质的标记大幅降低,且 Xist RNA 被重新定位回去活化 X 染色体的量也较少。

该小组还观察到 YY1 能影响 X 染色体基因表达的证据。他们从雄性和雌性细胞中剔除 YY1 基因,并比较在 X 染色体上差异表达的基因时,发现有 68 个基因只在雌性中表现,1 个只在雄性中表现,而共同表达的有 11 个。

在 68 个雌性特有基因中,许多都与免疫相关,已知至少两种在人类女性的 B 细胞中过度表达。 进一步的实验确定了 YY1 上的 DNA 结合活性区,是将 Xist RNA 引领回到去活化 X 染色体的关键区。“它就像一条系绳,将 Xist RNA 与去活化 X 染色体连结在一起。”Anguera 描述。

她和她的同事将进一步探索 YY1 的作用,使用临床样本和小鼠模型来研究狼疮(lupus)等疾病中的蛋白质,以了解细胞如何逃过 X 染色体去活化的过程来造成自体免疫疾病。

“若要开发自体免疫疾病的新疗法,目前可以致力的方向是,如何将 Xist 带回到去活化 X 染色体上并让它长期保留在那?”Anguera提到。“YY1 会是一个非常有潜力的发展目标。”

▲ 左图为在雌鼠体内中已激活的 B 细胞,右图为剔除掉 YY1 基因的 B 细胞,而红色亮点为 Xist RNA。可看出当 YY1 不存在时,Xist RNA 便无法集中定位在 X 染色体上。(Source:宾夕法尼亚大学

(首图来源:互动百科)

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李怡萱

目前还是学生,就读台大生化科技系。喜欢阅读,相信透过文字能传达知识的力量;喜欢唱歌,相信音乐能为生活带来正面的能量;喜欢电影,相信电影的世界能为生命带来不少启发。梦想着能背着轻便的背包到世界各地旅行。
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