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为探究 NF-κB 家族成员 Rel 在脊椎动物进化中的作用，研究人员开展了 Rel 相关功能及进化的研究。结果发现 Rel 在调控 Il12b 等基因时展现独特功能，且其与 RelA 的 DNA 结合亲和力在哺乳动物中出现差异。这为理解免疫调控进化提供了重要依据。
在神秘的生命进化长河中，免疫系统的演变一直是科学家们探索的焦点。适应性免疫作为脊椎动物抵御外界病原体的重要防线，其起源和发展充满了奥秘。NF-κB 家族，作为免疫系统中的关键角色，在脊椎动物的免疫调控中发挥着不可或缺的作用。然而，关于 NF-κB 家族成员在进化过程中的具体功能演变，尤其是 Rel 蛋白的独特作用，仍存在许多未解之谜。这就好比在一座充满宝藏的岛屿上，虽然知道宝藏的存在，但却找不到开启宝藏的钥匙。为了揭开这些谜团，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）等机构的研究人员踏上了探索之旅。
研究人员深入研究了 NF-κB 家族成员 Rel 在脊椎动物进化中的功能变化。他们发现，Rel 在调控 Il12b 基因表达方面具有高度特异性，这一功能与 T 细胞发育密切相关。在进化过程中，Rel 和 RelA 的 DNA 结合亲和力出现了差异，这种差异在哺乳动物中尤为显著。此外，Il12b 启动子在进化过程中也发生了重大转变。这些发现为理解免疫调控的进化机制提供了重要线索，就像是找到了打开宝藏的关键钥匙，对于深入了解脊椎动物免疫系统的进化历程具有重要意义。该研究成果发表在《Nature Immunology》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是 RNA 测序（RNA-seq），通过对野生型和 Rel 基因敲除（Rel-/-）的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）进行检测，分析基因表达变化；二是染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），用于研究 Rel、RelA 和 p50 在体内的结合位点；三是蛋白质结合微阵列（PBM）和表面等离子共振（SPR）技术，以探究 NF-κB 家族成员与 DNA 的结合特性。
研究结果
- NF-κB Rel 家族的进化：通过对 RHR 序列构建系统发育树，发现所有颌口类动物都保守存在 NF-κB Rel 家族成员。七鳃鳗和盲鳗的 NF-κB 与颌口类动物的有所不同，Rel 和 RelA 可能起源于颌口类动物的单个祖先基因重复，其分化或许助力了适应性免疫的出现。
- Rel 在脂质 A 刺激的骨髓来源巨噬细胞中的高选择性作用：对野生型和 Rel-/-的 BMDMs 进行 RNA-seq 分析，发现 Rel 依赖性表达的基因数量较少，其中 Il12b 受脂质 A 诱导最为显著。这表明 Rel 可能通过调控 Il12b 和其他巨噬细胞表达的基因，支持适应性免疫。
- Rel 同二聚体与高度差异的基序结合：PBM 和 SPR 实验显示，Rel 同二聚体与含有串联 T:A 碱基对的寡核苷酸结合亲和力较高，且对非共识基序的结合能力强于 RelA 同二聚体。
- Il12b 启动子中一种新的、难以识别的 NF-κB 基序：小鼠和人类 Il12b 启动子含有独特序列，Rel 同二聚体能与其中多个基序结合，且结合能力强于 RelA，这可能是 Il12b 转录依赖 Rel 的原因。
- κB3 基序的功能意义：通过 Il12b 启动子 - 荧光素酶报告质粒和细菌人工染色体（BAC）实验，证实 κB1、κB2 和 κB3 基序在 Il12b 激活中具有重要功能。
- Rel 与 RelA 在体内的优先结合：ChIP-seq 分析表明，Rel 在体内优先结合非共识基序，且这种结合与 Rel 依赖性转录相关。同时发现，RelA 优先结合的基因多为低表达或诱导效果不佳的基因，而 Rel 优先结合的基因中多个呈现脂质 A 诱导 > 2 倍的情况。
- Rel 与 p50 在体内的优先结合：比较 Rel 和 p50 的 ChIP-seq 结果，发现 Rel 在 Rel 依赖性基因启动子上的结合信号更强，p50 在这些启动子上结合较弱或不结合，且两者的结合偏好与体外实验结果一致。
- DNA 结合差异在进化中的出现：通过竞争时间进程实验，发现早期脊椎动物中 Rel 和 RelA 的 DNA 结合亲和力差异不明显，说明其早期分化不是由 DNA 结合亲和力差异驱动的。
- Rel - RelA DNA 亲和力差异的结构分析：解析小鼠 RelA (C46) 嵌合体同二聚体与 DNA 结合的结构，发现 Arg101 是导致哺乳动物 Rel 和 RelA 亲和力差异的关键残基，且该残基在哺乳动物 Rel 中保守存在。
- Il12b 启动子在脊椎动物进化中的转变：Il12b 启动子在哺乳动物中保守，但在非哺乳动物脊椎动物中差异较大，其调控策略在进化过程中发生了重大转变。
研究结论与讨论
研究人员综合多种分析方法，揭示了 NF-κB 家族成员 Rel 和 RelA 之间的关键差异。Rel 和 RelA 的 DNA 结合亲和力差异导致 Rel 在体内优先结合非共识基序，且 Rel 依赖性转录需要合适的启动子 / 增强子结构。在进化过程中，Rel 和 RelA 的结合亲和力在哺乳动物祖先中发生了分化，同时 Il12b 启动子也发生了重大转变。然而，早期脊椎动物中 Rel 和 RelA 的分化机制仍有待进一步研究，以及 Rel - RelA DNA 结合差异在其他免疫细胞类型中的作用也尚不明确。这些发现为深入理解免疫调控的进化机制提供了重要基础，为后续相关研究指明了方向，推动了生命科学领域对免疫系统进化的认识。
