Die Penn-Vet-Studie identifiziert einen Mechanismus, der die weibliche Voreingenommenheit bei Autoimmunität erklärt

168th Knowledge Seekers Workshop April 20, 2017 (Dezember 2018).

Anonim

Besitzen zwei X-Chromosomen ist ein zweischneidiges Schwert, immunologisch gesprochen. Frauen sind besser gegen Infektionen als Männer, aber sie sind auch anfälliger für viele Autoimmunerkrankungen wie Lupus.

Eine neue Studie, die in Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde und von Forschern der Universität von Pennsylvania geleitet wird, bietet nun die erste mechanistische Erklärung dafür, warum dies der Fall ist.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Montserrat C. Anguera, Assistenzprofessor an der Abteilung für Biomedizinische Studien an der Penns of School of Veterinary Medicine, konzentrierte sich auf die X-Inaktivierung, einen Mechanismus, der die Gendosis zwischen Männern und Frauen durch die Hemmung der Genexpression reguliert von zwei X-Chromosomen eines Weibchens. Sie entdeckten, dass die Lymphozyten des Immunsystems, insbesondere T-Zellen und B-Zellen, bei Frauen nicht die typischen Muster von Xist, einem RNA-Molekül, das für den Inaktivierungsprozess notwendig ist, sowie andere Marker der X-Chromosom-Inaktivierung aufweisen, wodurch die Inaktivierung von X unvollständig wird in diesen Zellen.

Diese unvollständige Aktivierung war bei allen Weibchen in Lymphozyten vorhanden, aber Lupuspatienten hatten auch einzigartige Expressionsmuster von Schlüssel-Immunitäts-verwandten Genen und ungewöhnlichen Mustern der Xist-RNA-Lokalisierung, was eine zugrundeliegende Erklärung für den Krankheitszustand nahelegt.

"Es scheint nur etwas über Lymphozyten zu sein", sagte Anguera. "Das Schweigen des X-Chromosoms scheint in ihnen nicht so eng zu sein wie in anderen Zelltypen."

Anguers Koautoren auf dem Papier waren Hauptautor Jianle Wang, Camille Syrett und Michael Atchison, alle von Penn Vet; Marianne C. Kramer von der Abteilung für Biochemie und Biophysik in Penn Perelman School of Medicine; und Arindam Basu von der Pennsylvania State University, ehemals Penn Vet.

Die Studie geht auf Anguras Postdoc-Forschung zurück, die sich auf die Inaktivierung von X in pluripotenten Stammzellen konzentrierte. Insbesondere untersuchte sie die Rolle von Xist, einem langen nicht-kodierenden RNA-Molekül, von dem bekannt ist, dass es die Inaktivierung von X initiiert und es durch das inaktivierte X-Chromosom aufrechterhält, das auch kleine Moleküle namens heterochromatische Modifikationen annimmt, die die Genexpression weiter unterdrücken.

Anguras Studien haben gezeigt, dass Stammzellen in einigen Fällen sowohl die Xist-Expression als auch die Modifikationen, die normalerweise auf dem inaktiven X liegen, verlieren. Dadurch würden die Zellen teilweise reaktiviert werden, schnell wachsen und Krebszellen ähneln.

Sie begann sich zu fragen, ob bestimmte Krankheiten durch falsche Aufrechterhaltung der X-Inaktivierung entstehen könnten, insbesondere durch Autoimmunerkrankungen wie Lupus; 85 Prozent der Lupuspatienten sind Frauen.

"Was meine Aufmerksamkeit auf Autoimmunität und speziell Lupus richtete", sagte Anguera, "war, dass es Gene auf dem X-Chromosom gab, die immunitätsbezogen waren und bei Lupuspatienten höhere Expressionslevel gezeigt hatten."

Um diese Frage zu beantworten, untersuchten die Penn-Forscher Lymphozyten, die von gesunden menschlichen Weibchen gespendet wurden, sowie "naive" oder unstimulierte T- und B-Zellen von weiblichen Mäusen. Sie fanden heraus, dass, anders als in anderen Zelltypen, in denen Xist eng mit dem inaktiven X-Chromosom assoziiert ist, weiblichen Lymphozyten diese Xist- "Wolke" fehlte, obwohl die Zelle immer noch erwartete Xist-Spiegel enthielt. Dies deutet darauf hin, dass Xist nicht ordnungsgemäß auf das inaktive X migriert wurde, um es zum Schweigen zu bringen.

Als das Forschungsteam die menschlichen T- und B-Zellen aktivierte und simulierte, wie diese Zellen reagieren würden, wenn sie mit einem Pathogen konfrontiert würden, erschienen die Xist-Wolken wieder. Das Team beobachtete ähnliche Ergebnisse bei Mäusen. Die naiven und stimulierten Lymphozyten hatten alle ähnliche Mengen an Xist.

"Was für uns wirklich auffällig war, war, dass dies nicht auf einen Unterschied in der Menge von Xist zurückzuführen war. Es gibt eine Tonne Xist-RNA in diesen Zellen", sagte Anguera. "Es kommt einfach nicht auf das inaktive X-Chromosom in den naiven Lymphozyten."

Weitere Untersuchungen des inaktiven X in Lymphocyten ergaben, daß es an anderen Zelltypen keine heterochromatischen Flecken auf dem inaktiven X gab.

Die Ergebnisse, dass sogar gesunde Frauen solch ungewöhnlichen Erhalt des inaktiven X in ihren Lymphozyten hatten, waren völlig unerwartet.

"Unsere Hypothese lautete, dass die Lupusproben fehlreguliert würden und die gesunden Frauen in Ordnung wären", sagte Montserrat. "Also war es wirklich schockierend für uns, dass Lymphozyten bei normalen Frauen diese Marker der X-Inaktivierung ebenfalls nicht hatten."

Um zu sehen, ob dieser Mangel an heterochromatischen Markierungen und Xist, die beide normalerweise die Genexpression auf dem inaktiven X blockieren, zu einer erhöhten Genexpression führte, untersuchten die Forscher immunitätsbezogene Gene auf dem X-Chromosom, um zu sehen, ob es eine oder zwei Kopien gab ausgedrückt werden. Sie fanden heraus, dass etwa 3 bis 5 Prozent der weiblichen Lymphozyten zwei Kopien dieser Gene exprimierten, ebenso wie zwei Kopien eines Gens, das nicht mit der Immunität in Zusammenhang steht. Keine männlichen Lymphozyten zeigten die gleiche Zwei-Kopien-Expression.

In Übereinstimmung mit diesem Ergebnis fanden die Forscher heraus, dass bestimmte Bereiche des X-Chromosoms in menschlichen weiblichen B-Zellen, einschließlich Regionen, die immunitätsbezogene Gene enthalten, in höheren Spiegeln exprimiert wurden als männliche Zellen.

Da Xist in den weiblichen Lymphozyten vorhanden war, sich aber einfach nicht an der richtigen Stelle auf dem inaktiven X lokalisierte, betrachtete das Forscherteam zwei Proteine, YY1 und hnRNPU, von denen bekannt ist, dass sie an Xist binden und möglicherweise eine Rolle spielen indem es nach der Stimulation der Lymphozyten wieder in das inaktive X zurückversetzt wird. Unter Verwendung menschlicher T-Zellen in Kultur sowie von Mäusen, denen eines dieser Gene fehlt, YY1, fanden sie heraus, dass die beiden Proteine ​​tatsächlich dabei halfen, Xist in aktivierten Lymphozyten auf das inaktive X-Chromosom zurückzuführen.

Obwohl klar war, dass sich weibliche Lymphozyten in ihren Mustern der Xist-Lokalisation von denen der Männer unterschieden, wollte das Team wissen, ob Lupus-Patienten zusätzliche ungewöhnliche Merkmale der X-Inaktivierung aufwiesen, die ihre Krankheit erklären könnten. Unter Verwendung von Lymphozytenproben von sowohl pädiatrischen Lupuspatienten als auch von gesunden Kindern mit ähnlichem Alter fand das Team mehr Xist-Fehllokalisierung bei Lupuspatienten und einige Beweise, dass sie mit höherer Wahrscheinlichkeit als zwei gesunde Kopien von immunitätsbezogenen Genen hatten. Die Forscher stellten außerdem fest, dass die Region des X-Chromosoms, die Xist enthält, die größten Unterschiede in der Expression zeigte, wenn Lupus mit gesunden Patienten verglichen wurde.

Eine Möglichkeit, sagte Anguera, ist, dass alle Weibchen eine Subpopulation von Lymphozyten mit unvollständiger Inaktivierung von X haben können; bei gesunden Individuen bleiben diese Lymphozyten in der Minderheit, aber diese Subpopulation kann bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen die Kontrolle übernehmen.

Um auf der Arbeit aufzubauen, führt das Anguera-Team zusätzliche Studien mit Primärproben von Lupus-Patienten sowie Proben aus einem Mausmodell für Lupus durch. Während die aktuelle Studie an immortalisierten Zellen von Lupuspatienten durchgeführt wurde, ist Anguera hoffnungsvoll, dass die Forscher ein klareres Bild davon bekommen werden, wie sich Xist-Muster unter Verwendung von Primärzellen unterscheiden.

Das Team beginnt auch mit einer Studie zu einer anderen Autoimmunerkrankung, dem Sjogrens-Syndrom, das eine noch extremere weibliche Neigung als Lupus hat, um zu sehen, ob ähnliche X-Inaktivierungsmuster vorliegen. Wenn die Ergebnisse bei verschiedenen Autoimmunerkrankungen bestehen, ist es möglich, dass die charakteristischen Muster der Xist-Lokalisierung als Krankheitsbiomarker verwendet werden können, was frühere Diagnosen und Behandlungen ermöglicht.

Xist (in Pink), ein RNA-Molekül, das für die Inaktivierung eines der beiden X-Chromosomen eines Weibchens verantwortlich ist, ist in gesunden menschlichen weiblichen Lymphozyten nicht eng mit dem X-Chromosom assoziiert, obwohl es in anderen Zelltypen vorkommt. Diese unvollständige Inaktivierung von Genen auf dem X-Chromosom, einschließlich vieler immunitätsbezogener Gene, könnte dazu beitragen zu erklären, warum Frauen für viele Autoimmunerkrankungen prädisponiert sind und auch stärkere Immunantworten als Männer haben.
Kredit: Universität von Pennsylvania