Immunity | 冷方伟/张文翔揭示FoxP3两种不同的二聚化状态对调节性T细胞功能的影响

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关键词：揭示细胞

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-08-05

责编 | 兮

FoxP3 是一种Forkhead 转录因子，在调节性 T 细胞 (Tregs) 的发育中起关键作用，调节性 T 细胞是 CD4 ⁺T 细胞的一个分支，可抑制多种免疫功能以防止自身免疫和过度炎症。早期研究表明，FoxP3 中的某些突变会导致人类多器官自身免疫性疾病免疫失调、多内分泌病、肠病、X 连锁 ( IPEX ) 综合征和小鼠类似的自身免疫疾病。尽管FoxP3在免疫稳态中起重要作用，但领域内对 FoxP3 的分子功能仍然知之甚少。

FoxP3 的DNA 结合区域 ( DBD ) 是IPEX 患者中最常发生突变的区域，也是目前研究最为广泛的区域。先前的研究中， FoxP3 DBD以不寻常的domain-swap二聚体形式存在，这种观点在过去10多年间得到了广泛的认可。

2022年8月3日，波士顿儿童医院、哈佛医学院Sun Hur团队（共同一作为冷方伟和张文翔）在Immunity上发表了文章 The transcription factor FoxP3 can fold into two dimerization states with divergent implications for regulatory T cell function and immune homeostasis ， 揭示了FoxP3两种不同的二聚化状态对调节性T细胞功能的影响。

本文研究发现, 单独分离的DBD由于构象不稳定, 会形成domain-swap二聚体。但当在DBD的N端保留其他结构域时, DBD则以稳定的单体构象存在。为了区分哪种DBD构像才是FoxP3的功能构像，研究者在两种构象发生变化的关键位点引入突变, 鉴定出了能诱导FoxP3在两种构象之间互相转化的突变体, 并通过T 细胞活性抑制实验和测量CD25 和 CTLA4诱导水平证明domain-swap二聚体构象会损害FoxP3功能，单体构象的DBD是FoxP3的功能形态。在这些突变体中，R337Q是已知的IPEX患者突变，为了更好地分析 R337Q 在体内Treg 细胞中的作用，文章通过 CRISPR/Cas9 在小鼠Foxp3基因座中引入 R337Q 突变，观察到R337Q小鼠中Treg 细胞功能部分丧失。生化方面，R337Q 能诱导FoxP3 DBD 由单体构象转变为二体构象，这种构象极有可能是domain-swap 二聚化构象，因为再此基础上引入另一个能抑制DBD domain-swap 二聚化构象的突变（A372S）能将FoxP3 DBD 恢复为单体构象。功能方面，R337Q会降低FoxP3 的DNA及辅助因子结合能力，降低CD25和CTLA4 诱导水平，以及降低对T细胞活性的抑制效果。而R337Q+A372S能使这些功能损害得以部分恢复。

虽然FoxP3 DBD以单体构象发挥功能，FoxP3与高亲和力DNA的复合物晶体结构显示， FoxP3能在Coiled-coil 和RBR loop介导下形成Head-to-head 二聚体，这种二体形式使得FoxP3区别于其他FoxP蛋白家族成员，赋予FoxP3特有的DNA序列偏好，辅助因子招募和转录调控功能，在head-to-head二聚化界面上引入突变体，会降低FoxP3与DNA和辅助因子的结合能力并损害FoxP3的功能。

之前的研究通过chip-seq分析报告了长度为7 bp的FoxP3结合序列（TGTTTAC），本文研究发现单一的FoxP3结合序列与FoxP3的亲和力非常低，而与其它潜在的FoxP3结合序列组合之后，能显著提高FoxP3亲和力，并且两种序列之间的间隔为4 bp时亲和力最高，说明FoxP3 识别的 DNA 序列跨度约为 18 bp，这与FoxP3的head-to-head 结构相吻合。通过EMSA 和DNA pull-down实验，结合CUT&RUN 分析，文章报道了部分潜在的FoxP3结合序列，这些非共有序列可能只是FoxP3生理结合位点序列库的一小部分。

文章还基于结构分析了一系列IPEX患者突变的致病机制，除了涉及蛋白折叠问题，DNA结合力改变，还涉及DBD构像变化以及对Head-to-head 二聚化的影响。这些发现为癌症或自身免疫疾病中的免疫治疗提供了新的思路。

原文链接：

https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(22)00335-1

制版人：十一

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