Struktura chromatyny komórek Treg może stanowić cel terapii immunosupresyjnych

Zrozumienie, w jaki sposób limfocyty T regulatorowe (Tregs) rozwijają się i funkcjonują, jest kluczem do ustalenia, w jaki sposób nimi manipulować, aby sprzyjać niszczeniu komórek nowotworowych lub zapobiegać autoimmunizacji. Na zachowanie komórek wpływa struktura chromatyny – trójwymiarowy kształt chromosomów – oraz to, które geny są dostępne dla białek, które promują rozwój regulatorowych limfocytów T. Badania na genetycznie zmodyfikowanych myszach, prowadzone przez zespół kierowany przez profesora Salka, dr Yi Chenga i adiunkta, dr Jessego Dixona, wykazały, że białko zwane Foxp3 jest niezbędne do ustalenia unikalnej struktury chromatyny regulatorowych limfocytów T podczas ich rozwoju. rozwoju, wzmacniając w ten sposób jego funkcję immunosupresyjną.

„Regulatorowe komórki T pełnią funkcję strażników pokoju w naszym organizmie” – powiedział Cheng. „Obecność regulatorowych limfocytów T, które każą innym komórkom się uspokoić, ma kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowego organizmu. Pełne zrozumienie wpływu Foxp3 na rozwój tych żołnierzy sił pokojowych uczy nas, jak działa nasz układ odpornościowy i jego dysfunkcje w czasie choroby. Cheng jest współautorem -starszy autor raportu Nadesłał zespół o godz Komunikacja przyrodniczaKtóry nosi tytuł „Foxp3 koordynuje reorganizację struktury chromatyny w celu określenia tożsamości regulatorowych limfocytów T„Porównaliśmy trójwymiarowe struktury chromatyny komórek Treg i ich prekursorów i odkryliśmy, że trójwymiarowa struktura chromatyny komórek Treg ustala się stopniowo podczas specyfikacji linii Treg oraz że zmiany w interakcjach chromatyny są zgodne z przebiegiem rozwoju Treg” – napisali naukowcy w ich artykule.

Instrukcje tworzenia komórek są kodowane w niciach DNA pokrytych białkami i RNA i utrzymywanych razem w trójwymiarowej strukturze zwanej chromatyną. Zmiany w tej trójwymiarowej strukturze mają krytyczny wpływ na tożsamość komórki. Zmiana struktury chromatyny może ujawnić lub ukryć fragmenty kodu genetycznego odpowiedzialne za zachowanie całej komórki. „Reorganizacja konformacji chromatyny wydaje się być ważnym poziomem regulacji ekspresji genów i specyfikacji linii” – napisali autorzy. „Jednakże, w jaki sposób czynniki transkrypcyjne specyficzne dla linii przyczyniają się do ustanowienia specyficznej dla typu komórki struktury 3D chromatyny w komórkach odpornościowych, pozostaje niejasne, szczególnie w późnych stadiach różnicowania i dojrzewania podzbioru limfocytów T”.

Komórki T regulatorowe to wyspecjalizowane komórki odpornościowe, które tłumią odpowiedź immunologiczną i uniemożliwiają organizmowi atakowanie własnych komórek. „Limfocyty T powstają głównie w grasicy jako podzbiór limfocytów T specjalizujących się w tłumieniu nadmiernych odpowiedzi immunologicznych” – wyjaśnili naukowcy. Proces rozwoju limfocytów T w grasicy przebiega na różnych etapach, a naukowcy od dawna wiedzą, że Foxp3 jest kluczem do rozwoju regulatorowych limfocytów T, ale jedynie jako wyłącznik genów regulatorowych limfocytów T.

Cheng, ekspert w dziedzinie regulatorowych limfocytów T, uważa, że ​​ten pogląd na Foxp3 jako prostą zmianę genetyczną nie oddaje pełnego obrazu. Jak zauważają autorzy, rola struktury chromatyny nie jest dobrze poznana „…trudno pozostaje dowiedzieć się, w jaki sposób struktura chromatyny Treg 3D jest generowana podczas specyfikacji ich linii, jak wpływa ona na ekspresję genów w Treg oraz czy i w jaki sposób Foxp3 przyczynia się do tego. ” Interakcje chromatyny specyficzne dla Treg.”

Złożoność struktury chromatyny i jej wpływ na tożsamość komórkową skłoniły Chenga do zwrócenia się do Dixona, eksperta w dziedzinie architektury chromatyny, w celu zbadania związku między Foxp3 a limfocytami T regulatorowymi na tym wyższym poziomie strukturalnym.

W swoim badaniu naukowcy zmapowali trójwymiarową strukturę chromatyny regulatorowych limfocytów T, aby sprawdzić, czy Foxp3 zmienia strukturę chromatyny regulatorowych limfocytów T, aby odkryć geny niezbędne do funkcjonowania tych komórek. Aby uchwycić wyjątkowy związek między Foxp3 a limfocytami T regulatorowymi, porównali strukturę chromatyny limfocytów T regulatorowych z innym podtypem limfocytów T, komórkami T efektorowymi. Według Chenga efektorowe komórki T są podobne do komórek T kontrregulacyjnych, inicjujących ataki i kierujących inne komórki odpornościowe do walki. Autorzy wyjaśnili dalej: „Aby zbadać, czy komórki Treg posiadają unikalną trójwymiarową strukturę chromatyny wspierającą ich odrębny profil genowy i funkcję, przeprowadziliśmy porównanie parami struktury 3D chromatyny śledziony Treg i Tcon. [conventional T] komórki.”

Kiedy naukowcy porównali strukturę regulatorowych limfocytów T i efektorowych limfocytów T, zauważyli kilka unikalnych regionów wiążących Foxp3 występujących tylko w regulatorowych limfocytach T, co podkreśliło szczególny związek pomiędzy Foxp3 a utrzymującymi pokój komórkami odpornościowymi. „Porównując komórki Treg i blisko spokrewnione z nimi konwencjonalne komórki T, zidentyfikowaliśmy struktury chromatyny charakterystyczne dla komórek Treg” – zauważyli.

„Regulatorowe i efektorowe limfocyty T podążają niemal identyczną ścieżką różnicowania, dopóki nie interweniuje Foxp3” – powiedział dr Dongsong Lee, współpierwszy autor i były pracownik naukowy ze stopniem doktora w laboratorium Dixona. „Porównanie regulatorowych i efektorowych limfocytów T dało nam jasny obraz wpływu Foxp3 na tożsamość regulatorowych limfocytów T, ponieważ Foxp3 ulega ekspresji tylko w regulatorowych komórkach T”.

Naukowcy odkryli również, że regulatorowe limfocyty T mają odrębne cechy struktury chromatyny zwane pętlami DNA. Zaobserwowali, że geny związane z Foxp3 zostały w rzeczywistości zbliżone do genów kontrolujących tożsamość regulatorowych limfocytów T, dzięki czemu Foxp3 może z łatwością promować ekspresję genów składowych tożsamości.

„Chcieliśmy sprawdzić, czy Foxp3 wykorzystuje pętle DNA utworzone już przez strukturę chromatyny regulatorowych limfocytów T, czy też Foxp3 w jakiś sposób tworzy te odrębne pętle” – powiedział dr Chi Liu, współpierwszy autor i były doktor habilitowany badacz. . W laboratorium Chenga. „Odkryliśmy, że Foxp3 odgrywał kluczową rolę w tworzeniu epitopów, a zatem był niezbędny w ustalaniu unikalnej struktury chromatyny regulatorowych limfocytów T”. Zespół stwierdził: „… miejsca wiązania dla Foxp3, czynnika transkrypcyjnego determinującego linię Treg, były silnie wzbogacone w punktach zakotwiczenia pętli chromatyny specyficznych dla Treg…”

Foxp3 odgrywa bardziej podstawową i powszechną rolę w rozwoju regulatorowych limfocytów T, niż oczekiwano. Poprzednie badania sugerowały, że dwa białka Foxp3 łączą się w pary w specjalny sposób, tworząc pętle DNA. Badanie zespołu, które obejmowało eksperymenty na komórkach genetycznie zmodyfikowanych myszy Foxp3 (Foxp3-KIKO) i komórkach typu dzikiego (WT), wykazało, że pary te nie były konieczne do utworzenia odrębnych pętli, co sugeruje obecność innych Foxp3. Mogą to być kompleksy zawierające białko dołączony. „Ponieważ Foxp3 sam w sobie nie działa jako kotwica pętli chromatyny stabilizująca interakcje chromatyny, prawdopodobnie współpracuje z innymi białkami” – zauważyli również.

Wyniki pokazały, że Foxp3 poza tym, że jest epigenetycznym włącznikiem/wyłącznikiem, nadzoruje większe epigenetyczne zmiany strukturalne w regulatorowych limfocytach T. Obecność Foxp3 koordynuje zmiany w strukturze chromatyny, które z kolei kierują sukcesem funkcjonalnym utrzymujących pokój komórek odpornościowych. „Badanie to dostarczyło modelu funkcjonowania TF specyficznych dla danej linii w późnej lub końcowej fazie różnicowania komórek” – stwierdzili autorzy. „Po utworzeniu struktury genomu 3D w dojrzałych Tregach wkład Foxp3 w utrzymanie struktury chromatyny Treg 3D wydaje się stosunkowo prosty. Zamiast tego Foxp3 działa jak TF, aktywując lub tłumiąc ekspresję genów, wykorzystując wzmocniony promotor bliskość ułatwiona przez strukturę pętli chromatyny.” Treg.

„Teraz, gdy wiemy, że Foxp3 odgrywa większą rolę w regulacyjnych funkcjach limfocytów T, być może będziemy w stanie znaleźć sposoby na zwiększenie i obniżenie poziomu Foxp3 w celu regulacji immunosupresji” – skomentował Dixon, współautor badania. „Jeśli uruchomimy Foxp3, zobaczymy więcej Immunosupresja, która może leczyć chorobę autoimmunologiczną. Jeśli odrzucimy Foxp3, zobaczymy mniej Immunosupresja, która może być przydatna w walce z nowotworami nowotworowymi, ponieważ limfocyty T regulatorowe zwykle naciekają nowotwory i tłumią działanie innych komórek odpornościowych.

Potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć, w jaki sposób Foxp3 współpracuje z innymi białkami, tworząc pętle DNA w regulatorowych limfocytach T. W miarę jak badacze odkrywają więcej szczegółów na temat związku między Foxp3 a regulatorowymi limfocytami T, mają nadzieję, że Foxp3 stanie się potencjalnym celem terapii modulujących immunosupresję.