Treg细胞特有的染色质结构揭秘

了解调节性T细胞如何发育是确定如何操纵它们以促进癌细胞破坏或防止自身免疫的关键。索尔克研究所(Salk Institute)的一个研究小组对转基因小鼠进行的研究表明，一种名为Foxp3的蛋白质对调节性T细胞在发育过程中形成独特的染色质结构至关重要，进而促进它们的免疫抑制功能。

　　

了解调节性T细胞(Treg)的发育和工作方式是确定如何操纵它们以促进癌细胞的破坏或防止自身免疫的关键。细胞行为受到染色质结构(染色体的三维形状)的影响，以及哪些基因可以被促进调节性T细胞发育的蛋白质所接近。由索尔克大学教授Ye Zheng博士和助理教授Jesse Dixon博士领导的研究小组对工程小鼠进行的研究表明，一种名为Foxp3的蛋白质对于在调节性T细胞发育过程中形成独特的染色质结构至关重要，进而促进其免疫抑制功能。

“调节性T细胞是我们体内的维和人员，”Zheng说。“让调节性T细胞告诉其他细胞冷静下来，对保持身体健康至关重要。充分了解Foxp3对这些维和人员发育的影响，可以让我们了解我们的免疫系统是如何运作的——以及疾病中的功能障碍。”Zheng是该团队在《Nature Communications》上发表的报告的资深作者之一，该报告的标题为“Foxp3 orchestrates reorganization of chromatin architecture to establish regulatory T cell identity”。在他们的论文中，科学家们写道:“我们比较了Treg细胞及其前体的3D染色质结构，发现Treg细胞的3D染色质结构是在Treg谱系鉴定过程中逐渐建立起来的，染色质相互作用的变化与Treg发育的轨迹一致。”

制造细胞的指令被编码在DNA链中，DNA链包裹在蛋白质和RNA中，并缠绕在一起形成称为染色质的3D结构。这种3D结构的变化对细胞的身份有关键影响。改变染色质结构可以暴露或隐藏对整个细胞行为负责的遗传密码片段。“染色质构象重组正在成为基因表达和谱系规范的重要调控层，”作者写道。“然而，谱系特异性转录因子如何促进免疫细胞中细胞类型特异性3D染色质结构的建立仍不清楚，特别是在T细胞亚群分化和成熟的晚期。”

调节性T细胞是一种特殊的免疫细胞，可以抑制免疫反应，防止身体攻击自己的细胞。“Treg主要在胸腺中产生，作为T细胞的一个亚群，专门抑制过度的免疫反应，”作者解释说。T细胞在胸腺中的发育过程经历了不同的阶段，科学家们早就知道Foxp3是调节性T细胞发育的关键，但只是作为调节性T细胞基因的开关。

Zheng是调节性T细胞的专家，他认为Foxp3是一个简单的基因开关的观点并没有全面反映情况。正如作者所指出的，染色质结构的作用还没有得到很好的理解，“……Treg 3D染色质结构是如何在它们的谱系规范中建立起来的，它是如何影响Treg中的基因表达的，以及Foxp3是否以及如何促进Treg特异性染色质相互作用仍然是难以捉摸的。”

染色质结构的复杂性和对细胞身份的影响促使Zheng转向染色质结构专家Dixon，在更高的结构水平上探索Foxp3与调节性T细胞之间的关系。

在他们报告的研究中，研究人员绘制了调节性T细胞的三维染色质结构，以观察Foxp3是否改变了调节性T细胞的染色质结构，以暴露细胞功能所需的基因。为了捕捉Foxp3和调节性T细胞之间的独特关系，他们将调节性T细胞的染色质结构与另一种T细胞亚型——效应T细胞进行了比较。根据Zheng的说法，效应T细胞就像调节性T细胞的对立面——它们煽动攻击并指示其他免疫细胞进行战斗。作者进一步解释说:“为了检查Treg细胞是否具有独特的3D染色质结构来支持其独特的基因表达谱和功能，我们对脾Treg细胞和Tcon(传统T细胞)的3D染色质结构进行了两两比较。”

当研究人员比较调节性T细胞和效应T细胞的结构时，他们注意到有许多独特的Foxp3结合区域只存在于调节性T细胞中，这证实了Foxp3和维持免疫细胞之间的特殊关系。他们指出:“通过比较Treg细胞和它们密切相关的传统T细胞，我们确定了Treg细胞特有的染色质结构。”

“在Foxp3参与之前，调节性T细胞和效应T细胞遵循几乎相同的分化路线，”Dixon实验室的前博士后研究员、共同第一作者Dongsung Lee博士说。“比较调节性T细胞和效应T细胞让我们清楚地了解了Foxp3对调节性T细胞身份的影响，因为Foxp3只存在于调节性T细胞中。”

研究人员还发现，调节性T细胞具有独特的染色质结构特征，称为DNA环。他们发现，与Foxp3结合的基因在物理上更接近控制调节性T细胞身份的基因，因此Foxp3可以很容易地促进身份形成基因的表达。

“我们想看看Foxp3是否受益于调节性T细胞染色质结构已经形成的DNA环，或者Foxp3是否以某种方式创造了这些特征环，”Zheng实验室的前博士后研究员，共同第一作者刘志博士说。“我们发现Foxp3在创建环路中是必要的，因此在创建调节性T细胞独特的染色质结构中是必要的。”研究小组表示，“Treg谱系指定转录因子Foxp3的结合位点在Treg特异性染色质环锚点处高度富集……”

Foxp3在调节性T细胞发育中发挥的作用比预期的更为基础和广泛。先前的研究指出，两个Foxp3蛋白以一种特殊的方式配对，形成了这些DNA环。该团队的研究，包括对转基因GFP敲除Foxp3敲除(Foxp3- kiko)小鼠的细胞和野生型(WT)细胞的实验，发现这些对并不是产生特征环所必需的，这表明其他Foxp3蛋白复合物可能参与其中。他们进一步指出:“由于Foxp3本身不作为染色质环锚来稳定染色质相互作用，它可能与其他蛋白质合作。”

研究结果表明，除了作为基因开关外，Foxp3还在调节性T细胞中监督更大的遗传结构变化。Foxp3的存在协调染色质结构的变化，进而指导维持免疫细胞的功能成功。“这项研究提出了一个谱系特异性tf在细胞分化晚期或终末阶段如何发挥作用的模型，”作者说。“一旦在成熟Treg中形成3D基因组结构，Foxp3在维持Treg 3D染色质结构方面的贡献似乎相对较小。相反，Foxp3作为TF通过利用treg特异性染色质环结构促进的启动子-增强子邻近来激活或抑制基因表达。

“现在我们知道Foxp3在调节T细胞功能中起着更大的作用，我们可能能够找到方法来调节Foxp3来调节免疫抑制，”该研究的共同资深作者Dixon评论道。“如果我们发现Foxp3，我们可以看到更多的免疫抑制，这可以治疗自身免疫。如果我们抑制Foxp3，我们可以看到更少的免疫抑制，这可能有助于对抗癌症肿瘤，因为正常情况下调节性T细胞会渗透肿瘤并抑制其他免疫细胞的活动。”

需要更多的研究来了解Foxp3如何与其他蛋白质一起在调节性T细胞中产生DNA环。随着研究人员发现Foxp3和调节性T细胞之间关系的更多细节，他们希望Foxp3成为调节免疫抑制疗法的可能靶点。