CIITA调控MHCII类分子表达分子机制的研究进展

1、CIITA调控MHCII类分子表达分子机制的研究进展        【关键词】  CIITA MHC II 转录调控 表达 抗原提呈MHCII类分子抗原处理、 提呈通路在调控CD4+T细胞激活及特异性应答的过程中发挥重要的作用, T细胞的功能在很大程度上取决于MHCII类分子的表达水平。因此, 精细调节MHCII类分子的表达对于免疫应答的控制是至关重要的。MHCII类分子的组成性表达仅限于特化的抗原提呈细胞, 如树突状细胞（dendritic cell, DC）及B淋巴细胞。但是, 在不表达MHCII类分

2、子的细胞中, 多种刺激特别是干扰素（IFN）可诱导该分子的表达。    MHCII类分子表达的诱导主要发生在转录水平, 其编码基因的上游启动子区含有一系列高度保守的顺式元件, 包括W/S盒、 X1盒、 X2盒和Y盒, 为组成性或诱导性表达MHCII类分子所必需。虽然MHCII基因的转录只存在于有限的几类细胞中, 但能与MHCII基因启动子元件结合的转录因子如调节因子X(regulatory factor X, RFX, 与X1盒结合)、 核因子Y(nuclear factor Y, NFY, 与Y盒结合)、 cAMP反应性结合蛋白（cAMP responsive

3、binding protein, CREB, 与X2盒结合)等几乎表达于所有细胞。MHCII基因反式作用子（class II transactivator, CIITA）在研究裸淋巴细胞综合征时被分离, 发现其通过影响MHCII的转录水平, 从而调节机体的免疫功能。现就CIITA调控MHCII基因转录的分子机制及可能的临床应用综述如下。1  CIITA的结构    人类CIITA基因位于16号染色体（16p13.13）, 全长4543 bp。CIITA基因的转录在人类由4种独立的启动子控制（pI、 pII、 pIII和pIV）, 分别产生4种不同的转录本

4、。pI特异性、 组成性地在DC中激活; pII激活的分子机制目前尚不清楚; pIII主要在B细胞中组成性激活, 在成纤维细胞和内皮细胞中, 亦可通过IFN诱导激活; IFN诱导可使pIV在多种细胞中激活, 产生最主要的诱导型CIITA。4种转录本在第一外显子区存在差异, 表达3种不同的CIITA蛋白。但是, 用不同的CIITA转染细胞后发现, 3种不同的CIITA蛋白具有相同的生物学活性。    最先获得鉴定的是III型CIITA, 它由1130个氨基酸组成, 相对分子质量为123500。CIITA由酸性反式激活结构域（acidic transactivate d

5、omain, ATA）、 富含脯氨酸/丝氨酸/苏氨酸结构域(proline/serine/threonine rich domain, PST)、 GTP结合结构域（GTP binding domain, GBD）及富含亮氨酸重复区（leucinerich repeats, LRR）组成, 可分别与转录因子、 基本转录复合物、染色质修饰酶等相互作用（表1）。几个结构域在激活MHCII基因启动子的过程中都发挥重要作用, 缺一不可。表1  与CIITA的结构域相互作用的蛋白（略）2  CIITA调节MHCII基因转录的分子机制    机体主要通过控

6、制CIITA的表达来调节MHCII基因的表达水平, 进而控制T细胞在免疫应答中的强度。近年来的研究发现, CIITA不与DNA直接结合, 而是通过与CREB、 RFX和NFY等转录因子相互作用, 作为一个共活化分子被招募至MHCII启动子附近, 参与该基因的转录调控。CIITA仅存在于表达MHCII类分子的细胞, 且其表达水平与MHCII基因的转录水平呈正相关, 因而被认为是MHCII基因表达最关键的调控分子。因此, CIITA调节MHCII表达水平的分子机制越来越多地受到关注。2.1  CIITA参与调控MHCII基因转录的起始  CIITA N端125个氨基酸是一个可独

7、立激活转录的结构域。这个区域的氨基酸序列分析提示, 该结构域存在3个螺旋, 含有高比例的酸性残基。Fontes等发现1, CIITA N端酸性激活结构域可与RNA聚合酶II的基本转录因子TFIID的Mr 32000亚基（TAFII32）结合。突变分析显示, 缺失N端结构域的CIITA突变体与TAFII32结合的能力减弱, 其激活转录的活性降低。CIITA与TAFII32的相互作用可能提示CIITA能与基本转录因子TFIID接触, 而CIITA的存在可能导致MHCII趋向性TFIID复合物的形成。Mahanta等2证实, CIITA亦能与TFIIB相互作用, 而后者可通过招募RNA聚合酶II进入

8、起始前复合物（preinitiation complex, PIC）, 进而激活转录。2.2  CIITA在染色质重建、 组蛋白修饰中的作用  染色质由DNA及组蛋白形成的核小体结构组成。转录前染色质结构发生一系列重要的变化是基因活化并开始转录的前提。由核小体网链形成的高度有序的染色质必须去凝聚, 基因启动子和增强子上的核小体变成开放式的疏松结构称为染色质重建（chromatin remodeling）, 以利于转录因子接近。组蛋白乙酰化或甲基化修饰均可影响基因转录的活化或抑制过程。Beresford等3的研究表明, CIITA通过与RFXCREBNFY复合物的相互作用接近

9、启动子序列后, 可招募CBP/p300(CREB binding protein)、 p300/CBP相关因子（p300/CBP associate factor, pCAF)等组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferase, HAT）, 诱导MHCII基因启动子乙酰化, 使其易被转录因子接近。Tzortzakaki等4发现, 外源性的CIITA能招募类固醇受体共活化分子1(steroid receptor coactivator 1, SRC1, 也是一种HAT), 促进MHCII基因转录的激活。SRC1还能解除糖皮质激素对基因转录的抑制, 增强IFN诱导的MHCII基

10、因转录。组蛋白甲基化是MHCII基因转录中发生的另一重要的组蛋白修饰, 已发现此过程依赖CIITA的存在。CIITA可与共活化分子相关的精氨酸甲基转移酶（coactivatorassociated arginine methyltransferase, CARM1）以及CBP协同, 参与IFN诱导的MHCII基因转录。CIITA可特异性地招募CARM1至MHCII基因启动子附近, 导致组蛋白H3第17位精氨酸甲基化及CBP甲基化, 以稳定CBP与MHCII启动子的相互作用, 促进组蛋白乙酰化, 从而启动MHCII基因的转录。这种甲基化修饰在B细胞组成性表达及IFN依赖的诱导性表达MHCII过程

11、中均是必需的5。     近年来的研究显示, CIITA对MHCII转录不仅发挥正向调控作用, 通过招募组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）, 亦可能产生诱导MHCII基因沉默的效应。Zika等6发现HDAC可致CIITA、 NFY和RFX脱离MHCII基因启动子, HDAC抑制剂如曲古菌素A(TSA)则可促进组蛋白乙酰化, 增强MHCII基因的转录。外源性过表达HDAC1和HDAC2能抑制IFN诱导的MHCII基因转录, 且此抑制作用部分依赖于CIITA的存在。事实上, 这种基因激活子同时参与基因失活的事件在基因转录调

12、控过程中并不奇怪。    真核细胞基因转录除对组蛋白进行修饰外, 还通过染色质重建复合物（SWI/SNF complex）改变核小体结构, 使染色质处于相对松弛的状态。brahma相关基因1（brahma related gene 1, BRG1）是SWI/SNF复合物中具有ATP酶活性的亚基, BRG1能与CIITA发生相互作用,  参与MHCII基因的转录激活。Pattenden等发现, 在缺乏BRG1的细胞中, CIITA不能激活MHCII基因转录, 且CIITA的表达水平与BRG1的表达成正相关。免疫共沉淀研究证实, CIITA 1140位氨基酸

13、可与BRG1相互作用, 提示SWI/SNF复合物与CIITA相互作用为MHCII基因转录所必须7。2.3  CIITA参与调控MHCII基因转录的延伸  MHCII基因的转录不仅在转录起始环节的激活十分关键, 转录延伸环节的调控对其表达亦具有重要的意义。正向转录延伸因子b（positive transcription elongation factor b, pTEFb）是由细胞周期蛋白依赖性激酶9（cyclin dependant kinase 9, CDK9)及其调节亚基cyclin T组成的基本转录延伸因子, 为真核基因转录延伸所必需。pTEFb及转录因子IIH（tr

14、anscriptional factor IIH, TFIIH）的激酶活性能磷酸化RNA聚合酶II的C端结构域, 去除负向转录延伸因子（negative transcription elongation factor, NTEF）对转录延伸的抑制, 使聚合酶从转录起始复合物解离, 促进转录的延伸。     研究发现, CIITA能分别与cyclin T和TFIIH相互作用, 提示CIITA可能招募pTEFb和TFIIH, 促进RNA聚合酶磷酸化及MHCII转录的延伸8, 9。Drozina等10的研究进一步证实, 脂多糖（LPS）通过Toll样受体4细胞外调控激酶

15、途径使I型CIITA发生单泛素化, 泛素化的CIITA招募pTEFb的能力增强, 导致MHCII基因转录的激活。Kohoutek等11的研究发现,环己烷二乙酰胺诱导蛋白1（hexamethylene bisacetamideinducible protein 1, Hexim1）抑制MHCII基因转录也是通过与CIITA竞争性结合pTEFb, 并且Hexim1相应的siRNA可以上调MHCII的转录, 证实CIITA可与pTEFb相互作用。    CIITA可通过GTP结合结构域和LRR结构域发生自身相互作用, 二聚体或多聚体形式的CIITA能更有效地发挥功能。G

16、TP及LRR的突变均能使野生型CIITA的核定位转变为胞质分布, 并伴随调节MHCII基因转录的活性丧失。最近的研究报道, 位于MHCII基因核心启动子远端尚存在类似S、 X和Y元件的调节基序（SYmodules）, 对激活MHCII基因的转录亦很重要。Gomez等采用染色质环绕技术, 证实在MHCII启动子远端存在X盒样序列（X Boxlike sequence）能与HLADRA启动子相互作用, 提出了一种修饰高度有序染色质的假设: 即CIITA多聚体以增强体的形式促进远端的X盒样序列或SY样模块向近端的MHCII基因启动子发生环化,形成特殊的三维构象, 使多种转录激活复合物能更有效地相互作

17、用12, 13。通过全基因组序列搜索, 还发现在非经典MHCII基因（HLADM等）上游亦存在类似SXY盒的基序和几种X盒样序列, 它们可能与染色质的组蛋白乙酰化有关, 而且此作用依赖于CIITA的表达。3  揭示CIITA调节MHCII分子机制的潜在应用前景    随着CIITA调节MHCII基因转录分子机制的逐步揭示, 人们认识到对CIITA的精细调节在增强肿瘤免疫、  器官移植后、 控制自身免疫性疾病及感染性疾病等方面均具有深远的意义。    研究表明, TSA可上调MHCII的表达、 恢复机体对肿瘤的有效抗

18、原提呈功能, 可能改善宿主对肿瘤的免疫反应14。而恶性黑色素瘤细胞中促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路的激活则可促进III型CIITA转录, 由此导致的MHCII表达上调与恶性黑色素瘤的进展相关, MAPK通路的抑制剂可逆转这种病理性的MHCII的上调15。多发性骨髓瘤细胞通过表达正向调控功能域结合因子1（positive regulatory domain Ibinding factor 1, PRDIBF1）/B细胞诱导的成熟蛋白1（B lymphocyteinduced maturation protein1, Blimp1）抑制CIITA启动子活性, 下调MHCII, 从而逃避机体的

19、免疫监视。IFN能使多发性骨髓瘤细胞的CIITA表达上调, 使MHCII类分子表达水平提高,  有利于宿主免疫系统识别进而清除肿瘤细胞16。    通过调节CIITA转录水平、 下调MHCII类分子表达在未来器官移植后治疗中将具有潜在的应用价值。研究发现一种从滋养层细胞中分离的481个核苷酸的非编码RNA可通过抑制CIITA转录而下调MHCII基因的转录水平, 在外源性转入CIITA pIII型和IV型启动子序列后, 此抑制作用仍存在17。这种非编码RNA在未来器官移植后治疗中将具有广阔的应用前景。1     &#

20、160;   研究表明, 一些病原体可通过影响染色质修饰的方式下调MHCII的转录, 达到逃避宿主免疫反应的目的。如分支杆菌可下调MHCII表达, 抑制特异性的抗原提呈, 逃脱CD4+T细胞的免疫监视, 进而在宿主巨噬细胞中建立长期而稳定的感染。研究发现, 在鸟型分支杆菌感染人单核细胞后或存在TLR2激活剂（包括多种菌体成分如G-菌的LPS、 G+菌的肽聚糖等）的情况下, 能通过上调HDAC1相关的辅抑制因子Sin3A的表达, 抑制IFN诱导的HLADRA启动子附近的组蛋白乙酰化, 进而下调HLADRA的表达18。Pennini 等19发现, 产自结核分支杆菌的一

21、个Mr 19000的脂蛋白可通过TLR2和MAPK信号途径抑制CIITA的转录, 导致MHCII的表达水平下调。分析该脂蛋白可能通过下调HAT的表达、 或是上调HDAC的表达而影响MHCII基因的表达。对病原体逃脱机体免疫系统防御机制的认识将有助于建立针对感染性疾病的有效手段。    与控制感染性疾病相反, 在控制自身免疫性疾病时, 往往需要下调MHCII的表达水平。实验性过敏性脑炎是一种T细胞介导的自身免疫性疾病, 患病时小胶质细胞（中枢神经系统的抗原提呈细胞）表达MHCII上调, 导致T细胞激活及浸润, 引发中枢神经系统自身免疫性炎症反应。Nikodemova

22、等20的研究表明, 二甲胺四环素可通过抑制PKC的磷酸化及阻断IFN调节因子1（IFN regulatory factor 1,  IRF1）入核, 下调CIITA转录, 进而降低MHCII表达水平, 使临床症状减轻及缩短病程。    有关CIITA调控MHCII基因转录的分子机制仍有待彻底阐明, 尚存在较多关键的环节尚不清楚, 对于CIITA自身转录调控的知识亦有待进一步丰富, 对于MHCII表达机制认识的深化将为未来相关疾病的控制及有效治疗手段的开发打下基础。 【】  1 Fontes JD, Jiang B, Peterlin BM. T

23、he class II transactivator CIITA interacts with the TBPassociated factor TAFII32J. Nucleic Acids Res, 1997, 25(12): 2522-2528.2 Mahanta SK, Scholl T, Yang FC, et al. Transactivation by CIITA, the type II bare lymphocyte syndromeassociated factor, requires participation of multiple regions of the TAT

24、A box binding proteinJ. Proc Natl Acad Sci USA, 1997, 94(12): 6324-6329.3 Beresford GW, Boss JM. CIITA coordinates multiple histone acetylation modifications at the HLADRA promoterJ. Nat Immunol, 2001, 2(7): 652-657.4 Tzortzakaki E, Spilianakis C, Zika E, et al. Steroid receptor coactivator 1 links

25、the steroid and interferon gamma response pathways J. Mol Endocrinol, 2003, 17(12): 2509-2518.5 Zika E, Fauquier L, Vandel L, et al. Interplay among coactivatorassociated arginine methyltransferase 1, CBP, and CIITA in IFNgammainducible MHCII gene expressionJ. Proc Natl Acad Sci USA, 2005, 102(45):

26、16321-16326.6 Zika E, Greer SF, Zhu XS, et al. Histone deacetylase 1/mSin3A disrupts gamma interferoninduced CIITA function and major histocompatibility complex class II enhanceosome formationJ. Mol Cell Biol, 2003, 23(9): 3091-3102.7 Mudhasani R, Fontes JD. The class II transactivator requires brah

27、marelated gene 1 to activate transcription of major histocompatibility complex class II genesJ. Mol Cell Biol, 2002, 22(14): 5019-5026.8 Kanazawa S, Okamoto T, Peterlin BM. Tat competes with CIITA for the binding to PTEFb and blocks the expression of MHC class II genes in HIV infectionJ. Immunity, 2000, 12(1): 61-70.9 Spilianakis C, Kretsovali A, Agalioti T, et al. CIITA regulates transcription onset viaSer5phosphorylation of RNA Pol IIJ. EMBO J, 2003, 22(19): 5125-5136.10 Drozina G, Kohoutek J, Nishiya T