Smyd2通过H3K36的甲基化抑制TNF-α和IL-6的生成——已有报道称,组蛋白甲基化转移酶Smyd2可以甲基化H3K4或H3K36。它们的甲基化分别与目的基因转录的激活或抑制有关。我们的研究表明,在TLR-4诱导的巨噬细胞激活中,Smyd2调控H3K36的甲基化,抑制如TNF-α和IL-6等靶基因的表达。为了明确Smyd2在巨噬细胞极化中的作用,我们检测了TNF-α和IL-6基因启动子区域H3K4,H3K27,H3K36的甲基化水平。如图Fig.4A所示,LPS刺激M0巨噬细胞后,在TNF-α和IL-6基因启动子区域,H3K4的二/三甲基化明显增加,H3K27的三甲基化和H3K36的二甲基化减少。这与NF-Κb转录因子RelA在相应启动子区域的结合增加有关。重要的是,在Smyd2过表达的M0巨噬细胞中,TNF-α和IL-6基因启动子区域上的H3K4,H3K27和H3K36呈现的相反的甲基化形式,且与对照组相比,RelA的结合水平也下降(Fig.4B)。这就表明在巨噬细胞激活过程中,Smyd2参与H3K36而不是H3K4的甲基化。那么,Smyd2对于组蛋白H3K36甲基化的调控修饰是直接的还是间接的呢?我们检测了Smyd2在TNF-α,IL-6,A20,IL-12和JMJD3启动子区域的结合活性。如图Fig.4C显示,与其他低背景的区域(Tafaip3,Il12b,Jmjd3启动子)比较,Smyd2能够特定结合IL-6和TNF-α的启动子区域。综合来看,Smyd2通过H3K36二甲基化抑制IL-6和TNF-α的产生。
巨噬细胞中过表达的Smyd2抑制Th-17细胞的分化,促进iTreg细胞的分化——巨噬细胞具有较强抗原提呈功能,并调控CD4+辅助T细胞的分化,启动适应性免疫应答。我们的研究表明Smyd2通过改变组蛋
白的修饰模式和信号转导来抑制IL-6和TNF-α的产生。IL-6在Th-17细胞的分化中使重要的细胞因子,并在Treg和Th-17细胞的逆分化中发挥重要作用。因此,我们猜想巨噬细胞中过表达的Smyd2能否调控Treg和Th-17细胞的分化?随后,我们用LPS分别刺激对照组巨噬细胞和过表达Smyd2的巨噬细胞,然后在Treg细胞或Th-17细胞分化条件下,两组细胞分别与纯化的CD4+CD25+细胞共培养。如图Fig.5A所示,与对照组相比,过表达Smyd2的巨噬细胞显著降低CD+T细胞中Th-17细胞的比值,并抑制IL-17的分泌。与对照组巨噬细胞相比,过表达Smyd2的巨噬细胞稳定且显著促进iTreg细胞的分化(Fig.5B,左表)。我们已知道TGF-β在Treg细胞分化过程中发挥重要作用,因此我们检测了过表达Smyd2巨噬细胞中TGF-βmRNA水平,发现过表达的Smyd2增强TGF-βmRNA的转录(Fig.5B 右图),说明在Smyd2过表达组中存在增高Treg细胞比率的调控机制。
综上所述,Smyd2表达增强可通过抑制IL-6和上调TGF-β促进Treg细胞分化并抑制Th-12细胞分化。我们的研究证明Smyd2参与激活巨噬细胞诱导的适应性免疫反应。 讨论
新近研究表明表观遗传修饰在巨噬细胞激活中起重要作用。本研究中,我们发现在TLR-4诱导的巨噬细胞活化和分泌促炎因子的过程中,赖氨酸甲基转移酶发挥重要作用。Smyd2调控H3K36的二甲基化,直接干扰TNF-α和IL-6启动区的染色体重建,抑制TNF-α和IL-6的表达。也就是说,巨噬细胞中过表达的Smyd2下调NF-Κb和ERK信号通路的
活性。这说明,Smyd2作为一个负调控因子,参与巨噬细胞尤其是经典促炎M1型巨噬细胞的激活。最终,我们发现,Smyd2表达改变的巨噬细胞具有免疫调控功能,它能抑制Th-17分化,同时促进调节性T细胞的分化。已有报道称多种机制参与巨噬细胞的激活和功能调节,如信号转导,转录因子的激活和表观遗传修饰。重点是,在本实验中我们发现Smyd2调控H3K36二甲基化,仅能改变IL-6和TNF-α的生成。这一表观遗传修饰并不能影响M1巨噬细胞中其他经典的标记基因,包括IL-1β和IL-12。当然,对M2细胞中的IL-10,Arg1和Ym1基因也没有影响。综上,基因表达中特定区域的表观遗传调控机制精细调节巨噬细胞的功能性分化和极化。
在不同的条件下,Smyd2可以甲基化组蛋白的H3K4和H3K36位点。当有HSP90α干扰时,Smyd2更倾向于调节H3K4,促进目的基因的转录。相反,缺失HSP90α时,Smyd2调节H3K36的二甲基化,并抑制基因的表达。在TLR-4诱导的巨噬细胞激活的过程中,Smyd2的表达增强使H3K36二甲基化,抑制IL-6和TNF-α的转录。进一步研究发现,过表达的Smyd2逆转IL-6和TNF-α启动子的H3K4和H3K36的甲基化模式,也就是说,在TLR-4诱导的巨噬细胞激活中,Smyd2对H3K36的二甲基化作用依赖HSP90α。另一方面,NF-ΚB和MAPK信号通路在TLR-4诱导巨噬细胞激活中起重要作用。分析巨噬细胞极化过程中的信号通路,发现过表达的Smyd2对NF-ΚB和MAPK的信号转导均起抑制作用。实验数据表明,Smyd2不仅有组蛋白修饰活性,而且影响信号转导。在p53和视网膜母细胞的激活中,Smyd2通过蛋白-蛋白之间的相互作用
调节一些重要的转录因子和共激活因子。因此,在巨噬细胞中,Smyd2这种相似的作用不难解释。这同时也是一个有趣的问题:Smyd2怎样调节NF-ΚB和ERK的信号转导?
巨噬细胞既是吞噬细胞又是抗原提呈细胞,细胞中多种不同分子机制相互作用,使它既参与固有免疫又参与适应性免疫。我们发现巨噬细胞中,Smyd2的表达增强会抑制CD80,CD86,CD40和MHC-Ⅱ等共刺激分子的表达,从而抑制T细胞的激活。作为抗原提呈细胞,巨噬细胞的一个重要作用就是在特定的条件下能使CD4 T细胞分化为特定的辅助T细胞亚群。增强Smyd2表达能够抑制IL-6和TNF-α的生成,并促进TGF-β的分泌,改变巨噬细胞的活性,抑制Th-17细胞的分化,促进Treg细胞的分化。总的来说,我们的实验证明了,Smyd2在促炎巨噬细胞的激活中起负调控作用。在此过程中,它的表观遗传修饰作用,使Th-17细胞和Treg细胞建立新的平衡。这一发现又为我们在免疫应答中表观遗传机制的研究提供了新的研究方向,在探索自身免疫性疾病和治疗时提供了新的角度,方法和靶点。