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造血细胞发育中的蜗牛转录因子:功能冗余的模型。

  • 彼得·皮奥里
    隶属关系
    美国犹他州盐湖城犹他大学病理学系细胞生物学和免疫学系
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  • 约翰·H·威斯
    对应
    印刷版要求发送给:犹他大学盐湖城北医学大道东15号,犹他大学医学院病理学系细胞生物学和免疫学部John H. Weis博士,犹他州84112
    隶属关系
    美国犹他州盐湖城犹他大学病理学系细胞生物学和免疫学系
    搜索该作者的文章
发布时间:2014年3月26日DOI://doi.org/10.1016/j.exphem.2014.03.002
      协调的基因表达在促进适当的淋巴样细胞发育和功能中至关重要。 B细胞和T细胞发育过程中基因表达的精确模式是通过多种转录调节因子(激活因子和阻遏因子)之间复杂的相互作用来调控的。我们最近发现Snail家族的转录因子家族在淋巴样细胞发育中起着重要且重叠的作用,因为两者的缺失SNAI2SNAI3需要充分影响成熟的T和B细胞的生成。使用复合杂合子动物进行的分析进一步表明SNAI2SNAI3它们在维持骨髓中B细胞生成的能力上部分自给自足并且相对等效。在这篇综述中,我们总结了阐明蜗牛家族在造血中作用的研究,重点是淋巴样细胞的发育。以Snail家族为例,我们讨论功能冗余的概念以及用于分析转录因子家族成员内补偿的策略。
      胚胎发育以及具有特定功能的细胞谱系的发育需要基因表达的适当编排网络。 Snail家族是转录调节因子的原始后生动物集合,由三个成员组成:SNAI1(Snail),SNAI2(Slug)和SNAI3(Smuc)[
      • Nieto M.A.
      蜗牛的锌指转录因子超家族。
      ,
      • 曼萨纳雷斯M.
      • 布兰科·M·J。
      • Nieto M.A.
      脊椎动物中的Snail3直系同源物:Snail锌指基因家族的不同成员。
      ]。蜗牛家族成员起转录抑制因子的作用。为了执行此功能,所有三个成员共享两个基本特征。在每种蛋白质的C末端部分中,存在多个C2H2型锌指DNA结合结构域(DBD)。 SNAI1拥有四个DBD; SNAI2和SNAI3都拥有五个[
      • Mingot J.M.
      • Vega S.
      • 大师B.
      • Sanz J.M.
      • Nieto M.A.
      蜗牛核输入途径的表征为C2H2锌指转录因子的代表。
      ]。这些DBD可以识别共识的E-box序列CANNTG。特别是,蜗牛蛋白表现出对富含GC的中央二核苷酸的强烈偏好[
      • 片冈H.
      • 村山T.
      • 横手M.
      • 等。
      一种新颖的与蜗牛相关的转录因子Smuc通过特定的E-box基序调节基本的螺旋-环-螺旋转录因子活性。
      ]。在N端,每个蛋白质都包含一个Snail / Gfi1(SNAG)结构域[
      • 林Y
      • 吴Y
      • 李健
      • 等。
      Snail1的SNAG域起招募赖氨酸特异性脱甲基酶1的分子作用。
      ]。使用该结构域,募集各种染色质共抑制因子修饰剂可导致产生转录沉默状态。此类修饰剂的例子包括组蛋白脱乙酰基酶(HDAC),例如HDAC 1和2,赖氨酸特异性脱甲基酶(例如LSD1)和甲基转移酶(例如EZH2)[
      • 佩纳多H.
      • Ballestar E.
      • 埃斯特勒M.
      • 卡诺A.
      蜗牛通过Sin3A /组蛋白脱乙酰基酶1(HDAC1)/ HDAC2复合物的募集来介导E-钙粘着蛋白的阻遏。
      ,
      • 童志堂
      • 蔡美玉
      • 王兴国
      • 等。
      EZH2通过与HDAC1 / HDAC2和Snail形成抑制E-钙黏着蛋白的共抑制复合物来支持鼻咽癌细胞的侵袭性。
      ]。
      蜗牛家族已被证明可以参与各种生理和病理过程[
      • 博洛斯五世
      • 佩纳多H.
      • 佩雷斯-莫雷诺
      • Fraga M.F.
      • 埃斯特勒M.
      • 卡诺A.
      转录因子Slug抑制E-cadherin表达并诱导上皮到间质转化:与Snail和E47阻遏物比较。
      ,
      • Oram K.F.
      • Gridley T.
      蜗牛家族基因中的突变增强了Twist1单倍型小鼠的颅骨突增:对Saethre-Chotzen综合征的影响。
      ]。创始成员, SNAI1,最初是在 果蝇和was shown to be essential in the developing embryo for proper ventral-dorsal patterning, leading to eventual mesoderm formation [
      • 布莱J.L.
      • 丹尼费尔德C.
      • Alberga A.
      果蝇发育基因蜗牛编码具有核酸结合指的蛋白质。
      ,
      • Alberga A.
      • 布莱J.L.
      • 肯佩E.
      • 丹尼费尔德C.
      • 海恩林M.
      果蝇中胚层形成所需的蜗牛基因在所有三个胚层的衍生物中动态表达。
      ]。类似于 果蝇,删除鼠类 SNAI1 由于胃排空缺陷导致胚胎致死率[
      • 雕刻师E.A.
      • 姜荣
      • 蓝Y
      • Oram K.F.
      • Gridley T.
      小鼠蜗牛基因编码上皮-间质转化的关键调控因子。
      ]。这表明了 SNAI1 在发育中的胚胎中。删除 SNAI1 在这种情况下,由于血管形成的整体缺陷,在表皮细胞阶段也导致了胚胎致死率[
      • Lomeli H.
      • 史达琳C.
      • Gridley T.
      由于多个血管缺陷,上皮细胞特异的SNAI1缺失导致胚胎致死率。
      ]。继续关注鼠类系统,删除 SNAI2 没有造成有机灾难。 SNAI2 种系敲除小鼠的物理和毛囊发育动力学受损,在断奶前最容易观察到[
      • 佩雷斯-洛萨达J.
      • 桑切斯-马丁M.
      • 罗德里格斯·加西亚(A.
      • 等。
      锌指转录因子Slug有助于干细胞因子c-kit信号通路的功能。
      ,
      • 家长A.E.
      • 纽柯克
      • 库塞威特D.F.
      皮肤和毛囊发育过程中的Slug(SNAI2)表达。
      ]。在选定的遗传背景下,这些小鼠会出现花斑病(暗示黑素细胞功能缺陷)和类似于II型Waardenburg综合征的症状(以听力下降和皮肤或毛发色素异常为特征)[
      • 桑切斯-马丁M.
      • 罗德里格斯·加西亚(A.
      • 佩雷斯-洛萨达J.
      • Sagrera A.
      • 阅读A.P.
      • Sanchez-Garcia I.
      Waardenburg病患者的SLUG(SNAI2)缺失。
      ]。重要的是,先前已经显示了在软骨形成和颅面发育中SNAI1和SNAI2之间的功能冗余[
      • 默里(Murray S.A.)
      • Oram K.F.
      • Gridley T.
      Snail家族基因在小鼠上颚发育过程中的多功能。
      ,
      • 陈Y
      • Gridley T.
      软骨形成过程中对SNAI1和SNAI2基因的补偿性调节。
      ]。最近,包括我们自己的两个实验室描述了 SNAI3-缺乏动物。两者都不一样 SNAI1SNAI2,只有删除后没有明显的表型 SNAI3 [
      • 布拉德利(Bradley C.K.)
      • 诺顿C.R.
      • 陈Y
      • 等。
      蜗牛家族基因snai3对于小鼠胚胎发生不是必需的。
      ,
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ]。然而,我们的研究还分析了SNAI2缺陷动物种系双敲除(DKO)导致SNAI3缺失的原因,这导致明显的发育异常[
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ]。其中一些包括严重的侏儒症,总体无法壮成长,并最终偏向男性一代。另外,仅当两个基因都缺失时,才出现多种淋巴细胞异常(如下所述)。这些数据支持了 SNAI3,以及各个Snail成员之间功能冗余的持续主题。

      蜗牛家族与造血作用

      目前,尚无数据阐明 SNAI1 在造血系统中。最近,我们产生了造血特异性的 SNAI1 通过 瓦夫-Cre 删除菌株和具有条件靶向的菌株 SNAI1 基因。不像胚胎发生 SNAI1 造血不需要,因为这些条件 SNAI1删除的小鼠是活的,向外健康的,并且没有明显的造血缺陷(Pioli。,未发表)。对这些小鼠的更详细的分析正在进行中。
      对于本文的其余部分,我们将重点转移到SNAI2和SNAI3的造血功能上。 Inukai等人在初步报告中。证实SNAI2在几种人类B细胞白血病细胞系中过表达。上调 SNAI2 依赖于从t(17; 19)染色体易位产生的E2A-HLF癌蛋白。鼠白介素(IL)-3依赖性BaF3 pro-B细胞系的使用证明SNAI2的过表达足以赋予对生长因子退出引起的凋亡的抗性,并伴随着退出细胞周期[
      • 犬冢T.
      • 井上A.
      • 黑泽H.
      • 等。
      SLUG是具有抗凋亡活性的ces-1相关锌指转录因子基因,是E2A-HLF癌蛋白的下游靶标。
      ]。关于癌症的进展,SNAI2和SNAI1最常被识别为具有诱导上皮向间充质转化的能力,从而导致更具迁移性和侵袭性的癌症表型。该结果提示了转化细胞存活的另一种机制。同样重要的是,这些数据可能表明SNAI2在化疗耐药性中的作用。这与DNA破坏剂(如阿霉素)最相关,阿霉素在主动循环细胞中最有效。有趣的是,Perez-Losada等人。证明了c-Kit信号传导的能力 SNAI2 表达。在体外研究中使用了过表达c-Kit的BaF3和LAMA-84细胞。值得一提的是,LAMA-84细胞最初是由遭受爆炸危险的慢性粒细胞白血病(CML)患者衍生的[
      • Seigneurin D.
      • 尚佩洛维埃
      • Mouchiroud G.
      • 等。
      费城染色体阳性的人类慢性粒细胞白血病细胞系表现出巨核细胞和红系特征。
      ]。机制 SNAI2 当人们认为c-Kit在急性髓细胞白血病(AML)细胞表面上高表达时,上调就变得很重要[
      • 卡斯卡维拉
      • Musto P.
      • 达琳娜G.
      • 等。
      CD117(c-kit)是急性髓细胞性白血病的限制性抗原,其特征是M5 FAB亚型的早期分化水平。
      ,
      • Wakita S.
      • 山口H.
      • 三宅K.
      • 等。
      c-kit突变检测方法敏感性在t(8; 21)(q22; q22)急性髓细胞白血病预后分析中的重要性。
      ]。在这项研究中,我们没有进行任何实验来评估 SNAI2 LAMA-84细胞中的诱导。总体而言,这些数据为Snail家族在促进血液系统恶性肿瘤中的潜在作用提供了一些有趣的见解。
      往前看,重点转移到了SNAI2在更多生理造血环境中的作用。佩雷斯-洛萨达(Perez-Losada)报告在 SNAI2 淘汰赛鼠标。他们观察到多种缺陷,这些缺陷主要与红细胞生成有关[
      • 佩雷斯-洛萨达J.
      • 桑切斯-马丁M.
      • 罗德里格斯·加西亚(A.
      • 等。
      锌指转录因子Slug有助于干细胞因子c-kit信号通路的功能。
      ]。全血细胞计数显示出红血球输出量降低的趋势。使用苯肼(PHZ)和妊娠引起的贫血的体内模型时,Ter119的百分比较低+ 在脾脏中观察到细胞。这指出了 SNAI2 造血应激反应及其对重构红系谱系的要求。有趣的是 SNAI2+/- 动物表现出与 SNAI2-/-,提示基因剂量成分。稳态造血功能检查未显示出源自正常骨髓和B细胞的任何来源。然而,在发育中CD4和CD8双阳性胸腺细胞的比例下降。 SNAI2 淘汰赛动物。这显然是细胞凋亡增加的结果,如胸腺横断面的末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记(TUNEL)染色所检测。本出版物出版后,几乎立即与Look实验室进行了另一项研究[
      • 佩雷斯-洛萨达J.
      • 桑切斯-马丁M.
      • 罗德里格斯·加西亚(A.
      • 等。
      锌指转录因子Slug有助于干细胞因子c-kit信号通路的功能。
      ]表示 SNAI2 在多个骨髓祖细胞谱系中,包括长期和短期的造血干细胞(HSC),常见的淋巴样祖细胞和常见的髓样祖细胞等。进行菌落形成测定以评估祖细胞在骨髓和脾中的分化潜能。虽然 SNAI2-/- 祖细胞趋于增加各种谱系的菌落形成单位,没有观察到明显超过野生型(WT)的增强。在此基础上,研究人员分析了 SNAI2-/- 动物在中位致死剂量的全身照射后,将造血室重构为应激反应[
      • 井上A.
      • 塞德尔·M.G。
      • 吴伟
      • 等。
      Slug是高度保守的锌指转录阻遏物,可保护造血祖细胞免受辐射诱导的体内细胞凋亡。
      ]。照射后13天,所有 SNAI2-/- 动物因全血细胞减少症而死亡。这与WT和WT的结果形成鲜明对比 SNAI2+/- 动物,其中29天后观察到约50%的存活率。对这些动物的仔细检查显示,它们内细胞凋亡增加。 SNAI2-/- 血统阴性的骨髓,导致全血细胞减少。这样,血小板生成素类似物的施用挽救了辐射诱发的致死性 SNAI2-/- 动物。使用骨髓嵌合体,一项后续研究表明, SNAI2 造血室中的辐射足以传播上述辐射表型[
      • 吴文生
      • 海因里希斯S.
      • 徐栋
      • 等。
      ug通过抑制美洲豹拮抗p53介导的造血祖细胞凋亡。
      ]。重要的是,将WT骨髓给药至 SNAI2-/- 宿主完全避免了任何致死性,为造血干细胞内在作用提供了进一步的证据 SNAI2 与周围的骨髓基质无关。使用精心设计的基因敲除动物和转基因动物的组合,表明SNAI2在p53下游起作用,以阻止p53上调的细胞凋亡调节剂(PUMA)的激活,这仅是促凋亡的Bcl-2同源3(BH3)家庭成员。这是通过内含子1内含子的直接E-box相互作用完成的。 彪马 基因。出乎意料的是,这种效果是PUMA特有的,因为 SNAI2-/- 彪马-/- 复合基因敲除动物是完全抗辐射的。如果其他凋亡介体在发挥作用,则可能会出现中间表型。最后,由吴文树领导的小组研究了有无造血干细胞的自我更新能力。 SNAI2 [
      • 孙Y
      • 邵琳
      • 白红
      • 王志忠
      • 吴文生
      ug的缺乏增强了造血细胞再生过程中造血干细胞的自我更新。
      ]。使用有限稀释的骨髓嵌合体移植物,可以确定 SNAI2-/- 与之相比,骨髓的繁殖效率高出约八倍 SNAI2+/-。竞争性系列移植是评估HSC保真度的金标准,进一步证明了增强的能力。 SNAI2-/- HSC重构整个造血系统。 5-乙炔基-2'-脱氧尿苷(Edu)的结合,结合膜联蛋白V细胞表面染色,表明此结果是更高的增殖能力的结果,而不是增加细胞内凋亡的结果。 SNAI2-/- 谱系阴性干细胞抗原1(Sca1)+ 隔间。该结果与先前确定的SNAI2过表达诱导BaF3细胞退出细胞周期的能力一致[
      • 犬冢T.
      • 井上A.
      • 黑泽H.
      • 等。
      SLUG是具有抗凋亡活性的ces-1相关锌指转录因子基因,是E2A-HLF癌蛋白的下游靶标。
      ]。尽管未确定SNAI2的分子靶标,但它们可能与先前对SNAI1观察到的相似。在非致瘤性背景下,SNAI1可以通过在转录水平上抑制细胞周期蛋白D2来抑制Madin-Darby犬肾(MDCK)细胞的细胞周期[
      • Vega S.
      • 莫拉莱斯A.V.
      • 奥卡纳
      • 瓦尔德斯F.
      • 法布雷加特一世
      • Nieto M.A.
      蜗牛会阻止细胞周期并赋予对细胞死亡的抵抗力。
      ]。还报道了Snail家族的一个非典型作用,即SNAI1与早期生长反应蛋白1(EGR-1)和SP-1共同上调p15INK4b,从而导致HepG2细胞停滞。[
      • 胡春涛
      • 张天Y
      • 程CC
      • 等。
      蜗牛与EGR-1和SP-1相关联以上调p15INK4b的转录激活。
      ]。
      SNAI3转录调节因子在造血系统中的功能首先在一项间接研究中进行了分析:分析与鼠负调节因子结合蛋白的方法 Itgb2l (Pactolus)基因[
      • 海尔J.S.
      • 达勒姆·T·J。
      • 玛格拉夫R.L.
      • Debnath I.
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      仙人掌的转录控制:阴性对照区域的证据,及其进化旁系,CD18(β2整联蛋白)的比较。
      ]。结合使用电泳迁移率迁移测定(EMSA)和超迁移测定,表明SNAI3能够结合这些转录调控位点。这项工作最令人着迷的方面是这样的假设:在多种细胞类型(例如B细胞和中性粒细胞)表达共同的转录激活因子(例如PU.1)的情况下,负调控子的差异表达可能会增强谱系特异性下游基因的表达。 Dahlem et al。问是否逆转录病毒诱导的过表达 SNAI3 在骨髓嵌合体模型中,其能够损害造血作用。使用基于c-Kit和Sca-1的谱系耗竭骨髓分析,可以确定过度表达骨髓 SNAI3 并没有改变造血祖细胞各个子集的比例[
      • 达勒姆(Dahlem T.)
      • Cho S.
      • Spangrude G.J.
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI3的过表达抑制淋巴样并增强髓样细胞分化。
      ]。但是,外周血检查显示感染了肝细胞的细胞中B细胞和T细胞谱系明显丢失。 SNAI3表达逆转录病毒(通过绿色荧光蛋白[GFA]表达测定)。这种效应是剂量依赖性的,因为当SNAI3过表达量适中(GFP低)时,存在B细胞和T细胞群体。重要的是,当空载体以低水平和高水平表达时,存在B和T细胞,从而提供了针对任何逆转录病毒诱导的假象的证据。这些数据表明,SNAI3能够使内在的E-box饱和,从而使淋巴和髓系的正常分叉,或者能够通过募集转录控制复合物来直接抑制基因表达。该数据还暗示了对 SNAI3 在造血系统中。

      缺少SNAI2和SNAI3转录因子的动物的表型分析

      最近有两个小组描述了删除 SNAI3 使用条件和种系缺失模型的基因。删除后 SNAI3,在所分析的任何造血谱系中均未观察到效果[
      • 布拉德利(Bradley C.K.)
      • 诺顿C.R.
      • 陈Y
      • 等。
      蜗牛家族基因snai3对于小鼠胚胎发生不是必需的。
      ,
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ]。确实, SNAI3-/- 与野生型相比,两组产生的菌株几乎没有表现出表型变化。基因表达分析 SNAI1, SNAI2SNAI3 在骨髓来源的血统中显示出普遍存在 SNAI1 在T和B前体细胞,成熟细胞以及骨髓谱系细胞中的表达[
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ]。 SNAI2 表达受到限制,在未成熟的骨髓细胞中发现的转录物水平最高(B220-和CDllb- 单元)和双负(DN)(CD4-CD8-)胸腺的T细胞。 SNAI3 表达在DN中最高,双阳性(CD4+CD8+)和CD8+ 胸腺和脾细胞。 Snail家族的蛋白质在功能上可以相互补充的潜力使我们得以创建和分析缺乏两种蛋白质的DKO种系动物。 SNAI2SNAI3 基因[
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ] (的缺席 SNAI1 在种系中会产生胚胎致死力[
      • Lomeli H.
      • 史达琳C.
      • Gridley T.
      由于多个血管缺陷,上皮细胞特异的SNAI1缺失导致胚胎致死率。
      ])。在这只动物中,我们观察到了多种造血和非造血表型,所有这些表型都比单个表型中的大。 SNAI2-/- 要么 SNAI3-/- 动物。 DKO动物明显小于单个缺陷动物,脾脏和胸腺明显更小,具有形态畸变。 DKO动物最明显的血液学表型是骨髓中B细胞的丢失。
      这与扩大的骨髓腔室有关。在DKO胸腺中,双阳性胸腺细胞减少,有利于CD4单阳性T细胞百分比的增加。与骨髓不同,胸腺细胞群体的偏斜表现出可变的渗透性。复合杂合子的分析表明,在每个等位基因的基础上,任一 SNAI2 要么 SNAI3 相等地补偿了其他三个等位基因的损失。 DKO动物具有正常 SNAI1 基因,在未成熟的B细胞和T细胞亚群中具有转录活性。因此,通过SNAI1对DKO动物的不完全互补可能继续掩盖了造血细胞发育对Snail家族成员的完全依赖性。
      我们最近的研究未解决的问题之一是基质对观察到的表型的贡献水平。 B细胞和T细胞的发育都取决于它们各自产生部位的适当组织。例如,前原B细胞和原B细胞聚集在C-X-C基序配体12(CXCL12)和IL-7高的骨髓bone中[
      • 长泽T.
      B细胞发育所需的骨髓微环境位。
      ]。相反,未发现前B细胞与任一区域相关,这表明沿B细胞成熟的每个阶段的正确进展都需要精确的定位。种系的组织学检查 SNAI2SNAI3 尚未进行DKO骨髓评估B细胞定位。但是,如上所述,DKO小鼠的胸腺横断面分析显示总体结构发生了重大变化[
      • Pioli P.D.
      • 达勒姆·T·J。
      • 魏斯·J·J。
      • 魏斯
      SNAI2和SNAI3的删除会导致身体发育受损,并伴有淋巴细胞缺乏症。
      ]。在DKO小鼠中,在与胸腺髓质相对应的区域(单个胸腺细胞阴性选择位点)中观察到了强烈的苏木精染色。通常,胸腺皮质表现出最高的苏木精染色强度,这是由于CD4和CD8双阳性胸腺细胞的数量很高。由于双阳性胸腺细胞仍是DKO胸腺中的主要人群,因此建议对过度扩增的单个阳性腔室进行优先染色。相反,这可能表明由于趋化因子信号传导的改变导致胸腺功能失调。多项研究表明,基质来源的CCL25和P选择素在胸腺归巢和组织中的重要性[
      • 戈森斯K.
      • 瑙斯S.
      • 柯贝尔(Corbel S.Y.)
      • 等。
      胸腺祖细胞归巢和淋巴细胞稳态通过胸腺P选择素/ CCL25的S1P控制表达联系起来。
      ,
      • 斯文森M.
      • Marsal J.
      • Uronen-Hansson H.
      • 等。
      CCR9参与成人T淋巴细胞生成的多个阶段。
      ]。有趣的是,使用WT和 CCR9-/- 供体骨髓显示出缺陷 CCR9-/- 胸腺细胞发育反映了胸腺基质特异性缺失时观察到的许多表型 Il7 [
      • Shitara S.
      • 原T.
      • 梁乙
      • 等。
      胸腺上皮细胞产生的IL-7在胸腺细胞和TCRγδ+上皮内淋巴细胞的发育中起主要作用。
      ]。这表明CCL25不仅在胸腺归巢中起作用,而且还可能在将发育中的胸腺细胞定位在存活/增生信号(例如IL-7)附近。鉴于Snail家族在细胞迁移中的已知作用(即胃泌尿和上皮到间质转化),该家族对淋巴细胞发育的贡献可能包括在淋巴细胞迁移中的作用。通过使处于任何给定发育阶段的细胞接收其存活和持续分化所需的信号,该功能将有助于协调淋巴细胞的成熟。由于缺乏动物模型 SNAI2 如果是条件性等位基因,则在提供组织和/或生存信号时对基质贡献的检查将需要使用骨髓嵌合体模型。尽管由于功能重建的时间长短等因素而带来不便,但这些研究可能为分析每个Snail基因的基质功能与造血功能提供了最大的灵活性。从这个意义上讲,可以选择删除 SNAI2 在基质中,同时也删除 SNAI3 只是在造血区,反之亦然使用当前的重组酶缺失菌株实际上不可能进行此类实验。

      蜗牛基因家族的功能冗余

      的要求 SNAI2 删除以显示角色 SNAI3 在造血过程中有些令人惊讶。传统思想认为,通过删除特定基因,研究人员可以根据产生的表型推论缺失基因的功能,而不是其他基因的功能。但是,基因功能可能不像传统思维所假设的那么简单和线性,特别是对于转录因子的多基因家族。那么,问题是:可以预测出复合击倒的需求吗?答案很可能不是简单的“是”或“否”。当与Snail等多基因家族打交道时,人们可能会转录出感兴趣的细胞或组织类型,从而表达重叠。尽管多个Snail成员的共表达可能表明存在冗余的可能性,但它并不排除每种因素在给定单元内具有完全独立的功能的可能性。相反,在缺乏共表达的基础上不能得出任何结论。这证明了 SNAI1SNAI2 在软骨形成过程中
      • 陈Y
      • Gridley T.
      软骨形成过程中对SNAI1和SNAI2基因的补偿性调节。
      ]。在稳定状态下 SNAI1SNAI2 分别在肥大性和增生性软骨细胞中相互表达。但是,删除 SNAI1 导致表达 SNAI2 在肥大的软骨细胞中,反之亦然。后来发现SNAI1和SNAI2可以在转录水平上相互抑制[
      • 陈Y
      • Gridley T.
      SNAI1和SNAI2蛋白在软骨形成过程中占据各自的启动子。
      ]。在这种情况下,对单个基因敲除的分析为复合基因敲除方法提供了证据。
      在造血过程中,转录因子之间的功能冗余并不是一个新概念。例如,GATA转录调节子家族拥有6个成员,其中3个(GATA1, GATA2GATA3)在造血谱系中高度表达。使用鼠标缺陷模型,两者都缺乏 GATA1GATA2 与仅缺乏这些因素之一的动物相比,对发育过程中的原始造血功能具有更深远的影响[
      • 藤原Y.
      • 张爱妮
      • 威廉姆斯A.M.
      • Orkin S.H.
      GATA-1和GATA-2在原始造血发育中的功能重叠。
      ]。另外,所有三个Runx家族成员( Runx1, Runx2Runx3)在HSC中表达,并可能在影响干细胞的静止和循环中起冗余作用[
      • 王春秋
      • 雅各布·B
      • Nah G.S.
      • 大里M.
      Runx家族基因,利基和干细胞静止。
      ]。转录因子的功能冗余意味着常见的基因靶标识别。但是,高度保守的家族成员中存在的独特蛋白质序列可以通过募集其他靶向因子来改变靶位点特异性,如E26转化特异性(ETS)家族的高度保守成员所证明的[
      • Hollenhorst P.C.
      • 莎阿
      • 霍普金斯C.
      • Graves B.J.
      全基因组范围的分析揭示了ETS基因家族内冗余和特定启动子占据的特性。
      ]。
      一旦使用复合敲除法验证了冗余机制,下一个问题就与该机制有关。评估此现象的最佳方法是通过结合使用染色质免疫沉淀测序和RNA测序来确定涉及的每个因子的转录足迹。染色质免疫沉淀测序将确定直接的转录靶标,而基因敲除动物的RNA测序将确定其他的间接遗传相互作用。就转录阻遏物而言,在基因敲除中下调的基因很可能代表一种间接调节(即,另一个阻遏物的阻遏)。尽管很费劲,但与检查预定的基因靶标相比,这种方法在全球范围内具有更多的信息性和公正性。对于两种形式的分析,都需要野生型和基因剔除动物。野生型动物在告诉我们正常情况下的能力(例如SNAI2-与SNAI3结合的基因)变得非常有价值。对单个和复合基因敲除的分析将确定冗余的遗传程度,甚至可能缩小基本靶标的候选列表。考虑以下假设(且过于简化)的示例SNAI3绑定了 基因X基因Y WT pre-B细胞中的启动子(Fig. 1一种)。丢失SNAI3后,SNAI2现在仅绑定 基因X 启动子。因此, 基因X 仍然受到压制,但现在表达 基因Y 没有任何结果表型而被增强(Fig. 1B)。删除后 SNAI2SNAI3, 基因X 也是转录增强的,现在可以观察到B细胞表型(Fig. 1C)。该结果将确定两件事:(1)每个Snail成员的共同目标和特定目标,以及(2)潜在负责化合物敲除中观察到的表型的基因。当然,随着所研究家庭的规模及其体内目标清单的增加,这些情况变得更加复杂。这里未讨论的一个因素是已知翻译后修饰语表达失调如何增加正在研究的系统。这可能与多种翻译后修饰语形式影响下的因素最相关。
      图缩略图gr1
      图1冗余模型说明了蜗牛在淋巴细胞发育中的潜在补偿。 (一种) 在WT发展中的pre-B细胞中,SNAI3抑制其特定的假设靶基因的转录 XY (红色方框)以及CoRep,可正常发育B前细胞。 (B) 在没有SNAI3的情况下,SNAI2蛋白可以促进转录抑制 基因X;但是,它缺乏类似抑制的特异性 基因Y 转录(绿色框)。存在的 基因Y 蛋白产物不会明显影响前B细胞的发育。 (C) SNAI2和SNAI3都不存在使得两者都可以转录 基因X基因Y,导致功能性前B细胞(黄色细胞)发育受到抑制。 CoRep = Corepressor蛋白; KO =淘汰赛。

      结论

      总之,Snail家族由三个进化保守成员组成。这些因素已在发展和癌症生物学领域进行了最广泛的研究。据我们所知,对该家族如何调节免疫学各个方面的检查很少。作者认为,蜗牛家族在造血中的作用将比最初意识到的要广泛得多。该结论部分基于最近发现的 SNAI2SNAI3 在淋巴细胞发育过程中。这些数据还指出,所有三个Snail成员的进化保守性都是潜在的故障保护机制,可以在面对单一基因丢失(即种系或体细胞突变)的情况下保真造血。这个建议提出了一个挑衅性的问题:由于与另一个家庭成员的冗余,尚未发现特定基因的多少功能?要完全揭示特定基因产物的功能,最终可能需要生成和分析各种单一和复合敲除组合。

      致谢

      约翰·H·韦斯(John H.Weis)得到了韦伯总统捐赠主席和犹他大学(犹他州盐湖城)病理学系的支持。彼得·皮奥里(Peter D. Pioli)从美国国立卫生研究院血液学研究培训中获得了赠款(授权号T-32DK007115-38)。

      利益冲突披露

      尚未宣布与本文主题相关的财务利益/与财务利益相关的关系。

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