CIITA調(diào)控MHCII類分子表達(dá)分子機(jī)制的研究進(jìn)展

1、CIITA調(diào)控MHCII類分子表達(dá)分子機(jī)制的研究進(jìn)展         11-01-31 16:01:00     作者：李丹 郭寧    編輯：studa20【關(guān)鍵詞】  CIITA MHC II 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 表達(dá) 抗原提呈MHCII類分子抗原處理、 提呈通路在調(diào)控CD4+T細(xì)胞激活及特異性應(yīng)答的過程中發(fā)揮重要的作用, T細(xì)胞的功能在很大程度上取決于MHCII類分子的表達(dá)水平。因此, 精細(xì)調(diào)節(jié)MHCII類分子的表達(dá)對于免疫應(yīng)答的

2、控制是至關(guān)重要的。MHCII類分子的組成性表達(dá)僅限于特化的抗原提呈細(xì)胞, 如樹突狀細(xì)胞（dendritic cell, DC）及B淋巴細(xì)胞。但是, 在不表達(dá)MHCII類分子的細(xì)胞中, 多種刺激特別是干擾素（IFN）可誘導(dǎo)該分子的表達(dá)。    MHCII類分子表達(dá)的誘導(dǎo)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平, 其編碼基因的上游啟動子區(qū)含有一系列高度保守的順式元件, 包括W/S盒、 X1盒、 X2盒和Y盒, 為組成性或誘導(dǎo)性表達(dá)MHCII類分子所必需。雖然MHCII基因的轉(zhuǎn)錄只存在于有限的幾類細(xì)胞中, 但能與MHCII基因啟動子元件結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子如調(diào)節(jié)因子X(regulatory fac

3、tor X, RFX, 與X1盒結(jié)合)、 核因子Y(nuclear factor Y, NFY, 與Y盒結(jié)合)、 cAMP反應(yīng)性結(jié)合蛋白（cAMP responsive binding protein, CREB, 與X2盒結(jié)合)等幾乎表達(dá)于所有細(xì)胞。MHCII基因反式作用子（class II transactivator, CIITA）在研究裸淋巴細(xì)胞綜合征時被分離, 發(fā)現(xiàn)其通過影響MHCII的轉(zhuǎn)錄水平, 從而調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能?，F(xiàn)就CIITA調(diào)控MHCII基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制及可能的臨床應(yīng)用綜述如下。1  CIITA的結(jié)構(gòu)    人類CIITA基因位于

4、16號染色體（16p13.13）, 全長4543 bp。CIITA基因的轉(zhuǎn)錄在人類由4種獨(dú)立的啟動子控制（pI、 pII、 pIII和pIV）, 分別產(chǎn)生4種不同的轉(zhuǎn)錄本。pI特異性、 組成性地在DC中激活; pII激活的分子機(jī)制目前尚不清楚; pIII主要在B細(xì)胞中組成性激活, 在成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中, 亦可通過IFN誘導(dǎo)激活; IFN誘導(dǎo)可使pIV在多種細(xì)胞中激活, 產(chǎn)生最主要的誘導(dǎo)型CIITA。4種轉(zhuǎn)錄本在第一外顯子區(qū)存在差異, 表達(dá)3種不同的CIITA蛋白。但是, 用不同的CIITA轉(zhuǎn)染細(xì)胞后發(fā)現(xiàn), 3種不同的CIITA蛋白具有相同的生物學(xué)活性。   

5、最先獲得鑒定的是III型CIITA, 它由1130個氨基酸組成, 相對分子質(zhì)量為123500。CIITA由酸性反式激活結(jié)構(gòu)域（acidic transactivate domain, ATA）、 富含脯氨酸/絲氨酸/蘇氨酸結(jié)構(gòu)域(proline/serine/threonine rich domain, PST)、 GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域（GTP binding domain, GBD）及富含亮氨酸重復(fù)區(qū)（leucinerich repeats, LRR）組成, 可分別與轉(zhuǎn)錄因子、 基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物、染色質(zhì)修飾酶等相互作用（表1）。幾個結(jié)構(gòu)域在激活MHCII基因啟動子的過程中都發(fā)揮重要作用, 缺一不可

6、。表1  與CIITA的結(jié)構(gòu)域相互作用的蛋白（略）2  CIITA調(diào)節(jié)MHCII基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制    機(jī)體主要通過控制CIITA的表達(dá)來調(diào)節(jié)MHCII基因的表達(dá)水平, 進(jìn)而控制T細(xì)胞在免疫應(yīng)答中的強(qiáng)度。近年來的研究發(fā)現(xiàn), CIITA不與DNA直接結(jié)合, 而是通過與CREB、 RFX和NFY等轉(zhuǎn)錄因子相互作用, 作為一個共活化分子被招募至MHCII啟動子附近, 參與該基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。CIITA僅存在于表達(dá)MHCII類分子的細(xì)胞, 且其表達(dá)水平與MHCII基因的轉(zhuǎn)錄水平呈正相關(guān), 因而被認(rèn)為是MHCII基因表達(dá)最關(guān)鍵的調(diào)控分子。因此, CIIT

7、A調(diào)節(jié)MHCII表達(dá)水平的分子機(jī)制越來越多地受到關(guān)注。2.1  CIITA參與調(diào)控MHCII基因轉(zhuǎn)錄的起始  CIITA N端125個氨基酸是一個可獨(dú)立激活轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)域。這個區(qū)域的氨基酸序列分析提示, 該結(jié)構(gòu)域存在3個螺旋, 含有高比例的酸性殘基。Fontes等發(fā)現(xiàn)1, CIITA N端酸性激活結(jié)構(gòu)域可與RNA聚合酶II的基本轉(zhuǎn)錄因子TFIID的Mr 32000亞基（TAFII32）結(jié)合。突變分析顯示, 缺失N端結(jié)構(gòu)域的CIITA突變體與TAFII32結(jié)合的能力減弱, 其激活轉(zhuǎn)錄的活性降低。CIITA與TAFII32的相互作用可能提示CIITA能與基本轉(zhuǎn)錄因子TFIID接觸

8、, 而CIITA的存在可能導(dǎo)致MHCII趨向性TFIID復(fù)合物的形成。Mahanta等2證實(shí), CIITA亦能與TFIIB相互作用, 而后者可通過招募RNA聚合酶II進(jìn)入起始前復(fù)合物（preinitiation complex, PIC）, 進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄。2.2  CIITA在染色質(zhì)重建、 組蛋白修飾中的作用  染色質(zhì)由DNA及組蛋白形成的核小體結(jié)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列重要的變化是基因活化并開始轉(zhuǎn)錄的前提。由核小體網(wǎng)鏈形成的高度有序的染色質(zhì)必須去凝聚, 基因啟動子和增強(qiáng)子上的核小體變成開放式的疏松結(jié)構(gòu)稱為染色質(zhì)重建（chromatin remodeling）,

9、以利于轉(zhuǎn)錄因子接近。組蛋白乙?；蚣谆揎椌捎绊懟蜣D(zhuǎn)錄的活化或抑制過程。Beresford等3的研究表明, CIITA通過與RFXCREBNFY復(fù)合物的相互作用接近啟動子序列后, 可招募CBP/p300(CREB binding protein)、 p300/CBP相關(guān)因子（p300/CBP associate factor, pCAF)等組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase, HAT）, 誘導(dǎo)MHCII基因啟動子乙?；? 使其易被轉(zhuǎn)錄因子接近。Tzortzakaki等4發(fā)現(xiàn), 外源性的CIITA能招募類固醇受體共活化分子1(steroid recepto

10、r coactivator 1, SRC1, 也是一種HAT), 促進(jìn)MHCII基因轉(zhuǎn)錄的激活。SRC1還能解除糖皮質(zhì)激素對基因轉(zhuǎn)錄的抑制, 增強(qiáng)IFN誘導(dǎo)的MHCII基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白甲基化是MHCII基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)生的另一重要的組蛋白修飾, 已發(fā)現(xiàn)此過程依賴CIITA的存在。CIITA可與共活化分子相關(guān)的精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（coactivatorassociated arginine methyltransferase, CARM1）以及CBP協(xié)同, 參與IFN誘導(dǎo)的MHCII基因轉(zhuǎn)錄。CIITA可特異性地招募CARM1至MHCII基因啟動子附近, 導(dǎo)致組蛋白H3第17位精氨酸甲基化及CBP甲基

11、化, 以穩(wěn)定CBP與MHCII啟動子的相互作用, 促進(jìn)組蛋白乙?；? 從而啟動MHCII基因的轉(zhuǎn)錄。這種甲基化修飾在B細(xì)胞組成性表達(dá)及IFN依賴的誘導(dǎo)性表達(dá)MHCII過程中均是必需的5。     近年來的研究顯示, CIITA對MHCII轉(zhuǎn)錄不僅發(fā)揮正向調(diào)控作用, 通過招募組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）, 亦可能產(chǎn)生誘導(dǎo)MHCII基因沉默的效應(yīng)。Zika等6發(fā)現(xiàn)HDAC可致CIITA、 NFY和RFX脫離MHCII基因啟動子, HDAC抑制劑如曲古菌素A(TSA)則可促進(jìn)組蛋白乙?；? 增強(qiáng)MHCII基因的轉(zhuǎn)錄。外

12、源性過表達(dá)HDAC1和HDAC2能抑制IFN誘導(dǎo)的MHCII基因轉(zhuǎn)錄, 且此抑制作用部分依賴于CIITA的存在。事實(shí)上, 這種基因激活子同時參與基因失活的事件在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中并不奇怪。    真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄除對組蛋白進(jìn)行修飾外, 還通過染色質(zhì)重建復(fù)合物（SWI/SNF complex）改變核小體結(jié)構(gòu), 使染色質(zhì)處于相對松弛的狀態(tài)。brahma相關(guān)基因1（brahma related gene 1, BRG1）是SWI/SNF復(fù)合物中具有ATP酶活性的亞基, BRG1能與CIITA發(fā)生相互作用,  參與MHCII基因的轉(zhuǎn)錄激活。Pattenden等發(fā)

13、現(xiàn), 在缺乏BRG1的細(xì)胞中, CIITA不能激活MHCII基因轉(zhuǎn)錄, 且CIITA的表達(dá)水平與BRG1的表達(dá)成正相關(guān)。免疫共沉淀研究證實(shí), CIITA 1140位氨基酸可與BRG1相互作用, 提示SWI/SNF復(fù)合物與CIITA相互作用為MHCII基因轉(zhuǎn)錄所必須7。2.3  CIITA參與調(diào)控MHCII基因轉(zhuǎn)錄的延伸  MHCII基因的轉(zhuǎn)錄不僅在轉(zhuǎn)錄起始環(huán)節(jié)的激活十分關(guān)鍵, 轉(zhuǎn)錄延伸環(huán)節(jié)的調(diào)控對其表達(dá)亦具有重要的意義。正向轉(zhuǎn)錄延伸因子b（positive transcription elongation factor b, pTEFb）是由細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶9（cyc

14、lin dependant kinase 9, CDK9)及其調(diào)節(jié)亞基cyclin T組成的基本轉(zhuǎn)錄延伸因子, 為真核基因轉(zhuǎn)錄延伸所必需。pTEFb及轉(zhuǎn)錄因子IIH（transcriptional factor IIH, TFIIH）的激酶活性能磷酸化RNA聚合酶II的C端結(jié)構(gòu)域, 去除負(fù)向轉(zhuǎn)錄延伸因子（negative transcription elongation factor, NTEF）對轉(zhuǎn)錄延伸的抑制, 使聚合酶從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物解離, 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的延伸。     研究發(fā)現(xiàn), CIITA能分別與cyclin T和TFIIH相互作用, 提示CIITA可能招募

15、pTEFb和TFIIH, 促進(jìn)RNA聚合酶磷酸化及MHCII轉(zhuǎn)錄的延伸8, 9。Drozina等10的研究進(jìn)一步證實(shí), 脂多糖（LPS）通過Toll樣受體4細(xì)胞外調(diào)控激酶途徑使I型CIITA發(fā)生單泛素化, 泛素化的CIITA招募pTEFb的能力增強(qiáng), 導(dǎo)致MHCII基因轉(zhuǎn)錄的激活。Kohoutek等11的研究發(fā)現(xiàn),環(huán)己烷二乙酰胺誘導(dǎo)蛋白1（hexamethylene bisacetamideinducible protein 1, Hexim1）抑制MHCII基因轉(zhuǎn)錄也是通過與CIITA競爭性結(jié)合pTEFb, 并且Hexim1相應(yīng)的siRNA可以上調(diào)MHCII的轉(zhuǎn)錄, 證實(shí)CIITA可與pTE

16、Fb相互作用。    CIITA可通過GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域和LRR結(jié)構(gòu)域發(fā)生自身相互作用, 二聚體或多聚體形式的CIITA能更有效地發(fā)揮功能。GTP及LRR的突變均能使野生型CIITA的核定位轉(zhuǎn)變?yōu)榘|(zhì)分布, 并伴隨調(diào)節(jié)MHCII基因轉(zhuǎn)錄的活性喪失。最近的研究報道, 位于MHCII基因核心啟動子遠(yuǎn)端尚存在類似S、 X和Y元件的調(diào)節(jié)基序（SYmodules）, 對激活MHCII基因的轉(zhuǎn)錄亦很重要。Gomez等采用染色質(zhì)環(huán)繞技術(shù), 證實(shí)在MHCII啟動子遠(yuǎn)端存在X盒樣序列（X Boxlike sequence）能與HLADRA啟動子相互作用, 提出了一種修飾高度有序染色質(zhì)

17、的假設(shè): 即CIITA多聚體以增強(qiáng)體的形式促進(jìn)遠(yuǎn)端的X盒樣序列或SY樣模塊向近端的MHCII基因啟動子發(fā)生環(huán)化,形成特殊的三維構(gòu)象, 使多種轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物能更有效地相互作用12, 13。通過全基因組序列搜索, 還發(fā)現(xiàn)在非經(jīng)典MHCII基因（HLADM等）上游亦存在類似SXY盒的基序和幾種X盒樣序列, 它們可能與染色質(zhì)的組蛋白乙?；嘘P(guān), 而且此作用依賴于CIITA的表達(dá)。3  揭示CIITA調(diào)節(jié)MHCII分子機(jī)制的潛在應(yīng)用前景    隨著CIITA調(diào)節(jié)MHCII基因轉(zhuǎn)錄分子機(jī)制的逐步揭示, 人們認(rèn)識到對CIITA的精細(xì)調(diào)節(jié)在增強(qiáng)腫瘤免疫、  器

18、官移植后治療、 控制自身免疫性疾病及感染性疾病等方面均具有深遠(yuǎn)的意義。    研究表明, TSA可上調(diào)MHCII的表達(dá)、 恢復(fù)機(jī)體對腫瘤的有效抗原提呈功能, 可能改善宿主對腫瘤的免疫反應(yīng)14。而惡性黑色素瘤細(xì)胞中促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的激活則可促進(jìn)III型CIITA轉(zhuǎn)錄, 由此導(dǎo)致的MHCII表達(dá)上調(diào)與惡性黑色素瘤的進(jìn)展相關(guān), MAPK通路的抑制劑可逆轉(zhuǎn)這種病理性的MHCII的上調(diào)15。多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞通過表達(dá)正向調(diào)控功能域結(jié)合因子1（positive regulatory domain Ibinding factor 1, PRDIBF1）/B細(xì)胞誘導(dǎo)的成熟蛋白1（B lymphocyteinduced maturation protein1, Blimp1）抑制CIITA啟動子活性, 下