表观遗传学及蛋白修饰在天然免疫中的调节作用

表观遗传学及蛋白修饰在天然免疫中的调节作用重点提要：1.dsRNAviruses在细胞内被RIG-Ⅰ识别后，介导怎样的信号传导通路？在RLRs识别病毒RNA后，引起MAVS的活化，进而将信号转导给下游的TRAF3、TBK1激酶和IKK-i复合体，进而磷酸化活化IRF3/7，活化的IRF3/7转移至细胞核内，并诱导I型干扰素的产生。而活化的MAVS还可通过TRAF2/6或者FADD、RIP1、TRADD、Caspase8/10通路将信号转导给IKK复合物，最后导致NF-kB和IkBα复合物的磷酸化，磷酸化的IkBα从NF-kB上脱落并降解，活化的NF-kB入核促进促炎因子和炎性趋化因子的产生[21]。此外，另一种接头分子STING也可以与RIG-I和MAVS相互作用活化IRF/IFN，很多实验已经证明DNA在刺激IFN产生的过程中起重要作用，但是STING在RNA病毒刺激细胞内RLR信号转导中的作用还不清楚。RIG-I可以被E3泛素化酶调节，TRIM25（tripartitemotifcontaining25）作为一个泛素连接酶可以与RIG-I结合，对其CARD结构域的K172赖氨酸残基进行K63连接的泛素化修饰，促进RIG-I与MAVS的结合和信号通路的活化。此外，E2泛素耦合酶Ubc5（ubiquitin-conjugatingenzyme5）参与活化RIG-I信号通路，可能参与MAVS下游的IKKγ的K63泛素化，促进IKKγ招募TBK1和IRF/NF-kB的活化。TRIM25和Ubc5并不参与MDA5的泛素化。同样RIG-I通路也可被泛素化负调控，E3泛素酶RNF125可以将K48泛素链结合到RIG-I和MDA5上，促进它们被蛋白酶体降解[24]。这些结论证明K48位泛素化修饰可以作用于信号通路中的各种分子来抑制RLR信号通路的转导。除了泛素化蛋白，去泛素化酶（deubiquitinatingenzymes，DUBs）在RLRs信号通路中起到重要的负调控作用。例如，DUBA可以与TRAF3相互作用，移除K63泛素链，最终使其失去与TBK1的相互作用，阻止MAVS下游信号的转导[26]。去泛素化酶CYLD（cylindromatosis）可以直接作用RIG-I去除K63泛素化修饰，抑制干扰素的产生。病毒感染细胞后往往会破坏RLR信号通路的转导来逃避细胞的免疫应答。各种各样的病毒蛋白已经被证实可以阻止RLRs识别病毒RNA，靶向并结合到RLR信号通路中的信号分子，调节或阻止RLR通路的信号转导。2蛋白质磷酸化和泛素化修饰在NF-KB活化通路中的意义？（1）经典的NF-kB活化途径的活化过程：①静止状态时，NF-kB以无活性的潜在状态存在于细胞浆中,它与抑制因子IkB结合组成一个三聚体p50-p65-IkB②在IkBs激酶（IKK）催化IkBs的两个保守的丝氨酸残基磷酸化③IkBs在SCF-E3泛素化酶复合体的催化作用下多泛素化而被蛋白酶降解④活化的NF-kB转位到核内与与其相关的DNA基序结合以诱导靶基因转录恢复静息过程：活化的NF-kB快速诱导编码自身抑制剂IkBa的基因的转录新合成的IkBa进入细胞核，使NF-kB与DNA解离并排出细胞核，等待重新激活（2）非经典的，替代的或者新的NF-kB活化途径：广泛的IkBs家族也包括P50和P52前体形式的NF-kB1和NF-kB2，分别是P105和P100。除了P50和P52序列外，这些前体还包括IkB样的锚蛋白区，它抑制与其相关的NF-kB亚单位的活性。从前体产生P50和P52的过程还没有被人完全的理解，但他需要翻译时和翻译后的蛋白酶的加工处理活动。在翻译的同时有就会组成性的产生约等量的P50和P105，虽然这时P50还没有加工完成。P52的产生主要但不完全是由于信号诱导的P100的加工完成的。不像是IkBa、IkBβ、IkBε的降解，信号诱导的磷酸化及加工P100成P52不需要经典的IKK-γ依赖的信号途径。IKK-a和NF-kB诱导激酶（NIK）是必不可少的，但IKK-β和IKK-γ是不需要的。因而这个途径又被称为非经典NF-kB在细胞因子诱导的基因表达中起关键性的调控作用，它调控的基因编码急性期反应蛋白、细胞因子、细胞粘附分子、免疫调节分子、病毒瘤基因、生长因子、转录和生长调控因子等。通过调控多种基因的表达，NF-kB参与免疫反应、炎症反应、细胞凋亡、肿瘤发生等多种生物进程。3课件要点关键词索引固有免疫固有免疫Vs适应性免疫固有免疫工作机制（PAMP,PRR,免疫信号，效应简介）固有免疫的调节表观遗传学（DNA甲基化，组蛋白修饰）蛋白修饰（磷酸化，泛素化）表观遗传和蛋白修饰对固有免疫信号的调节课件内容：一．天然免疫（非特异性免疫，固有免疫）1生物体在长期种系进化过程中形成的一系列防御机制，在个体出生时就具备2可对侵入的病原体迅速应答，产生非特异抗感染免疫作用；3亦可参与对体内损伤衰老或畸变细胞的清除，同时固有免疫在特异性免疫应答过程中也起重要作用。二．固有免疫和适应性免疫固有免疫应答适应性免疫应答参与细胞皮肤黏膜上皮细胞、吞噬细胞、树突状细胞、NK细胞、NKT细胞、γδT细胞、B1细胞αβT细胞、B2细胞效应分子补体、细胞因子、抗菌蛋白、酶类物质等、穿孔素、颗粒酶,FasL特异性抗体、细胞因子等，穿孔素、颗粒酶，FasL作用时相即刻~96小时96小时后识别受体模式识别受体、有限多样性抗原识别受体，胚系基因直接编码产生，较少多样性特异性抗原识别受体，胚系基因重排后产生，具有高度多样性识别特点直接识别病原体及其感染的组织细胞或衰老损伤、畸变细胞所共有的某些高度保守的分子（如PAMP、纸类/糖脂类抗原）识别APC表面MHC分子提呈的抗原肽或FDC表面捕获的抗原分子，具有高度特异性作用特点募集活化后迅速产生免疫效应，没有免疫记忆功能，不发生再次应答经克隆扩增和分化，成为效应细胞后发挥作用，具有免疫记忆功能，可能发生再次应答维持时间较短较长三．固有免疫如何工作1病原体成分：PAMP（病原体相关模式分子）2固有免疫识别：PRR（模式识别受体）3固有免疫信号：激活细胞内信号传递4诱发对病原体的抵抗效应：产生抗病毒蛋白，细胞因子1PAMP：病原体相关模式分子：病原体生存所必须的、同时又是人体宿主中没有的结构恒定且进化保守的分子结构，而且是病原体中变化较少的主要部分，比如病毒的双链RNA和细菌的脂多糖。2PRR：PRR是一类与PAMP相结合的人体受体。它们能激活各种与机体抵抗微生物有关的信号通路，从而产生促炎症和抗感染相关的细胞因子等。PRR主要类型：TLR,toll-likereceptors；CLR,C-typelectinreceptors;RLR,RIG-I-likereceotors;NLR,NOD-likereceptors;3固有免疫信号通路（1）TLR：TLR介导的信号通路（2）RLR：RIG介导的型号通路（3）NLR：炎症因子喜好通路（4）效应分子：TNFα信号通路；IFNs信号通路等（5）其他重要的信号通路：NF-κB信号通路等4诱发对病原体的抵抗效应（1）抗病原体蛋白：促炎症因子；NF-kB；抗病毒蛋白；ISGs，等（2）细胞因子：TNF-α这类细胞因子可以触发强烈的免疫反应，限制病原体的生长，同时招募免疫细胞到机体感染部位。I型干扰素（IFN-I）不仅能激活抑制病毒复制、组装的信号通路，还能激活获得性免疫机制，清除感染病原体。四．固有免疫的调节Part1表观遗传学Part2蛋白修饰Part3表观遗传学和蛋白修饰对固有免疫信号调节1表观遗传学表观遗传学：研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴的遗传学分支。表观遗传：所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分裂过程中，DNAPAMPs细菌胞壁中的糖类和脂类；（G+的脂多糖LPS，酵母菌的甘露糖，等）病毒、细菌的核酸成分;（ssRNA,dsRNA,CpGDNA等）序列不变的前提下，全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传。表观遗传学研究内容：基因选择性转录表达的调控：DNA甲基化，基因组印记，染色质重塑，组蛋白共价修饰。基因转录后的调控：基因组中非编码RNA，微小RNA，反义RNA，内含子、核糖开关等。A．DNA甲基化与基因表达基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录因子复合体与DNA的结合。启动子区域的CpG岛一般是非甲基化状态的，非甲基化状态对相关基因的转录是必须的。DNA甲基化一般与基因沉默相关联；非甲基化一般与基因的活化相关联；而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。B.组蛋白修饰的功能和意义a.组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。b.组蛋白的N端是不稳定的，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修饰往往与基因的表达调控密切相关。c.被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白的修饰状态，使其与DNA的结合由紧变松，这样靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的染色体结构维持单元和基因表达的负控制因子。d．组蛋白修饰的类型1.乙酰化--一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在H3、H4的Lys残基上。2.甲基化--发生在H3、H4的Lys和Asp残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。3.磷酸化--发生与Ser残基，一般与基因活化相关。4.泛素化--一般是C端Lys修饰，启动基因表达。5.SUMO（一种类泛素蛋白）化--可稳定异染色质。6.其他修饰2蛋白修饰常见的类型：磷酸化，甲基化，乙酰化，泛素化A.磷酸化：蛋白质磷酸化：指由蛋白激酶催化的把ATP或GTPγ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基（丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸）上的过程，是生物体内一种普遍的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）：B.蛋白泛素化修饰类型和作用：单泛素化（Mono-Ub）：内吞作用，蛋白转运，DNA修复，组蛋白调节多位点单泛素化（Multi-Ub）：内吞作用多聚泛素化（Poly-Ub）K63：内吞作用，DNA修复，信号转导；K48：蛋白酶体途径降解线性多聚泛素化：NF-κB信号转导泛素化蛋白酶体系统（UPS）E1：泛素激活酶E2：泛素结合酶E3：泛素-蛋白连接酶DUB：去泛素化酶3．表观遗传和蛋白修饰对固有免疫信号的调节(1)表观遗传和固有免疫组蛋白H2B参与病毒和宿主源性DNA的识别，H2B组蛋白的修饰会影响免疫应答。例如疱疹病毒，核染色质的修饰可以调节病毒的潜伏期和再活化的循环过程，感染病毒的细胞会导致核小体沉积，因为病毒基因组组蛋白H3抑制性K9甲基化。(2)磷酸化/泛素化和固有免疫A.TLR信号转导toll样受体B.RLR信号转导RIG-I样受体C细胞因子信号转导TNF-α信号通路：TNF-α蛋白是PRR受体激活天然免疫系统后机体产生的主要效应分子之一。a．NF-κB信号转导NF-κB:核因子活化B细胞κ轻链增强子转录因子复合体。几乎存在于所有类型的动物细胞中并参与细胞对诸多刺激的响应。该信号参与了许多生理病理过程：炎症反应、免疫反应、细胞存活等。在针对感染的免疫反应中，NF-κB起到了重要的调节作用。b．细胞凋亡途径IFNs信号通路：临床抗病毒治疗、抗肿瘤治疗：IFNs与IFNs信号IFNs的调控机制：a．PKD2抑制IFNs信号的重要调控机制。b．抑制IFNs信号的完整的负反馈调节通路：IFNs-Tyk2-PKD2—IFNAR1.c．鉴定了一个抑制IFNs信号的去泛素化调控机制。d．鉴定了调控IFNs抗病毒功能的关键去磷酸化酶PTP1B。e．揭示了IFNs治疗CML不敏感的机理;并为临床联合Imatinib和IFNs治疗CML提供了实验依据。