Menin-Bach2轴对调节CD4 T细胞衰老和细胞因子稳态至关重要

The Menin-Bach2 axis is critical for regulating CD4 T-cell senescence and cytokine homeostasis.

作者信息Makoto Kuwahara, Junpei Suzuki, Soichi Tofukuji, Takeshi Yamada, Makoto Kanoh, Akira Matsumoto, Saho Maruyama, Kohei Kometani, Tomohiro Kurosaki, Osamu Ohara, Toshinori Nakayama, Masakatsu Yamashita
PMID24694524
发布时间2014-04-05
DOI10.1038/ncomms4555

实验完整度

高

采用T细胞特异性基因敲除小鼠、过继转移、感染模型,以及ChIP-seq、回补和组蛋白修饰功能验证

主要模型

Meninflox/flox × CD4-Cre小鼠来源的CD4 T细胞 Bach2flox/flox × CD4-Cre小鼠来源的CD4 T细胞 DO11.10 OVA特异性TCR转基因小鼠及过继转移模型 李斯特菌感染及OVA诱导气道炎症小鼠模型

重点核对

Menin KO与WT CD4 T细胞在IL-2条件培养7天后的EdU掺入、Annexin V阳性比例及SA β-Gal阳性率 过继转移中WT(CD45.1)与Menin KO(CD45.2)效应CD4 T细胞1:1混合后4周各组织CD45.2阳性细胞比例 Bach2回补后Menin KO TH细胞中IL-4、IFN-γ、IL-6、IL-5、IL-10、IL-13、OPN及趋化因子产生水平 ChIP-qPCR/ChIP-seq检测Bach2 Tss区H3K4me3、H3K27me3、H3K27ac及Menin、PCAF、MLL1、Rbbp5、Wdr5、Suz12结合 TSA处理24小时后Menin KO或sTH细胞中Bach2 mRNA表达恢复情况

摘要

尽管CD4 T细胞衰老在免疫衰老中起重要作用,但这一过程的机制仍不清楚。本研究表明,T细胞特异性Menin缺陷导致CD4 T细胞过早衰老,并伴随抗原刺激后的衰老相关分泌表型以及细胞因子产生失调。Menin是抗原刺激的CD4 T细胞体内扩增和存活所必需的,并通过靶向Bach2发挥作用,已知Bach2调节免疫稳态和细胞因子产生。Menin结合到Bach2基因座并通过维持组蛋白乙酰化来控制其表达。在衰老的CD4 T细胞中,Menin在Bach2基因座的结合和Bach2表达均降低。这些发现揭示了Menin-Bach2通路在调节CD4 T细胞衰老和细胞因子稳态中的关键作用,从而表明该通路参与抑制免疫衰老。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
CD4 T细胞衰老及细胞因子稳态的调控机制尚不清楚,本研究探讨Menin在该过程中的作用及其分子机制。
核心机制
Menin结合Bach2基因座,通过维持H3K27乙酰化及PCAF募集来维持Bach2表达,从而抑制CD4 T细胞衰老和SASP;Menin缺失导致Bach2下调。
主要证据
T细胞特异性Menin KO小鼠CD4 T细胞出现增殖下降、SA β-Gal阳性增加、SASP及IL-4/IFN-γ产生增加;Bach2回补可逆转上述表型;Bach2 KO CD4 T细胞呈现相似衰老表型;ChIP-seq和ChIP-qPCR显示Menin缺失降低Bach2位点H3K27ac并减少PCAF结合。
研究意义
揭示Menin-Bach2通路在调节CD4 T细胞衰老和细胞因子稳态中的关键作用,提示该通路参与抑制免疫衰老。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立T细胞特异性Menin缺陷小鼠并分析CD4 T细胞表型

明确Menin缺失对CD4 T细胞增殖、存活和衰老的影响

将Meninflox/flox小鼠与CD4-Cre转基因小鼠杂交,分离naive CD4 T细胞在IL-2条件下TCR刺激培养,检测增殖、EdU掺入、Cdk抑制剂表达、细胞死亡、SA β-Gal活性及RelA磷酸化。

2

体内过继转移验证Menin对CD4 T细胞扩增和存活的 requirement

验证Menin在抗原刺激后CD4 T细胞体内扩增、存活和记忆期积累中的作用

将DO11.10背景的WT或Menin KO CD4 T细胞转移至BALB/c小鼠,OVA+LPS免疫后追踪KJ1阳性细胞;另将WT(CD45.1)和Menin KO(CD45.2)效应CD4 T细胞1:1混合转移至TCR-βδ KO小鼠,4周后检测比例。

3

评估Menin缺失对体内免疫应答和感染防御的影响

验证Menin对CD4 T细胞介导的体内免疫功能和宿主防御的作用

使用OVA+alum诱导气道炎症模型检测BAL液炎症细胞和肺组织病理;使用李斯特菌初次和二次感染模型检测脾脏细菌负荷。

4

分析Menin缺失CD4 T细胞的SASP和细胞因子产生

明确Menin缺失是否诱导衰老相关分泌表型和细胞因子产生失调

在IL-2条件下培养TH细胞5-7天,检测细胞表面CD27/CD62L/CTLA-4、细胞内IL-4/IFN-γ/IL-2/IL-6/OPN、ELISA检测细胞因子和趋化因子、RT-PCR检测颗粒酶和穿孔素。

5

鉴定Bach2为Menin下游靶点并进行回补验证

验证Bach2是否介导Menin对CD4 T细胞衰老和细胞因子产生的调控

检测Menin KO TH细胞中Bach2 mRNA和蛋白水平;通过逆转录病毒将Bach2转导至Menin KO TH细胞,检测细胞因子、趋化因子、颗粒酶和CTLA-4表达是否恢复。

6

建立Bach2 KO小鼠验证表型

确认Bach2缺失是否重现Menin缺失的CD4 T细胞衰老和细胞因子失调表型

将Bach2flox/flox与CD4-Cre杂交,分析Bach2 KO naive CD4 T细胞在IL-2条件下培养后IL-4/IFN-γ/IL-6产生、SA β-Gal活性及RelA DNA结合活性。

7

解析Menin调控Bach2的染色质机制

阐明Menin通过组蛋白修饰调控Bach2表达的分子机制

ChIP-seq和ChIP-qPCR检测Bach2 Tss区H3K4me3、H3K27me3、H3K27ac、Menin、PCAF、MLL1、Rbbp5、Wdr5、Suz12和RNA聚合酶II结合;TSA处理检测Bach2表达恢复;免疫共沉淀检测Menin与PCAF相互作用。

8

在衰老CD4 T细胞中验证Menin-Bach2轴

验证Menin结合和Bach2表达在衰老CD4 T细胞中是否降低

建立衰老效应CD4 T(sTH)细胞诱导模型,比较pTH和sTH中Bach2及Menin表达、Menin在Bach2位点结合、组蛋白修饰及TSA恢复效果;比较年轻(6周)和老年(30周)小鼠TH细胞Bach2蛋白表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CD4+CD62L+ T细胞分离试剂盒IIMiltenyi Biotec--
抗TCR-β单克隆抗体(H57-597)BioLegend--
抗CD28单克隆抗体(37.5)BioLegend--
白细胞介素-2----
抗IL-4-PE单克隆抗体(11B11)BD Bioscience--
IFN-γ-FITC单克隆抗体(XMG1.2)BD Bioscience--
IL-6-PE抗体(MP5-20F3)BioLegend--
OPN-PE抗体(货号IC808P)R&D systemsIC808P
FACS Calibur流式细胞仪BD Biosciences--
MILLIPLEX检测试剂盒EMD-Millipore--
TRIZOL试剂----
Superscript VILO cDNA合成试剂盒Life Technologies--
Step One Plus实时PCR系统Life Technologies--
Agilent全小鼠44K芯片Agilent--
poly(dI-dC)-poly(dI-dC)(货号11-219-847)Roche11-219-847
链霉亲和素-琼脂糖(货号16-126)MILLIPRE16-126
pMXs-IRES-hNGFR载体----
Plat-E包装系统----
抗PE磁珠(货号130-048-801)Miltenyi Biotec130-048-801
AutoMACS细胞分选仪Miltenyi Biotec--
Clik-iT EdU Alexa Fluor 488流式检测试剂盒(货号C35002)Life TechnologiesC35002
FITC AnnexinV凋亡检测试剂盒(货号556547)BD Biosciences556547
衰老β-半乳糖苷酶染色试剂盒(货号9860)Cell Signaling Technology9860
Magna ChIP试剂盒EMD-Millipore--
Genome Analyzer IIx测序仪Illumina--
抗Menin多克隆抗体(货号A300-105A)Bethyl LaboratoriesA300-105A
抗Bach2多克隆抗体(货号SAB2100201)Thermo ScientificSAB2100201
抗组蛋白H3K4me3多克隆抗体(货号39159)Active Motif39159
抗组蛋白H3K27ac多克隆抗体(货号39133)Active Motif39133
抗组蛋白H3K27me3多克隆抗体(货号39155)Active Motif39155
抗RNA聚合酶II单克隆抗体(8WG16,货号05-952)MERCK MILLIPORE05-952
抗PCAF单克隆抗体(货号3378)Cell Signaling Technology3378
抗MLL多克隆抗体(货号A300-086A)Bethyl LaboratoriesA300-086A
抗Rbbp5多克隆抗体(货号A300-109A)Bethyl LaboratoriesA300-109A
抗Suz12单克隆抗体(货号3737)Cell Signaling Technology3737
抗人NGFR-PE单克隆抗体(ME20.4-1.H4)Miltenyi Biotec--
抗TCR DO11.10-PE抗体(KJ1-26)BioLegend--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
CD4 T细胞体外刺激与分化
naive CD4 T细胞分选标志(CD44lowCD62LhighCD25negative)、anti-TCR-β 3 μg/ml和anti-CD28 1 μg/ml刺激2天、IL-2 2.5 ng/ml或neutral条件(IL-2 2.5 ng/ml + anti-IL-4 5 μg/ml + anti-IFN-γ 5 μg/ml)
阅读提示:Methods “CD4 T-cell stimulation and differentiation in vitro”
过继转移体内扩增实验
DO11.10背景CD4 T细胞转移至BALB/c,OVA 100 μg + LPS 10 μg腹腔免疫,n=5,第4、7、50天检测KJ1阳性细胞
阅读提示:Methods “Adoptive transfer”及Figure 2a图注
效应CD4 T细胞体内存活实验
WT(CD45.1)与Menin KO(CD45.2)效应CD4 T细胞各5×10^6按1:1混合转移至TCR-βδ KO小鼠,n=5,4周后FACS检测比例
阅读提示:Methods “Adoptive transfer”及Figure 2b图注
OVA诱导气道炎症模型
第0天OVA 100 μg + 2 mg氢氧化铝凝胶腹腔免疫,第8、10天鼻内攻击OVA 100 μg/鼠,攻击后2天检测BAL液细胞和肺组织H&E
阅读提示:Methods “OVA-induced allergic airway inflammation”及Figure 2c,d图注
李斯特菌感染模型
LM EGD株初次感染1×10^3 CFU腹腔,14天后二次感染5×10^3 CFU,感染后3天检测脾脏细菌负荷,初次n=6,二次n=8
阅读提示:Methods “Infection with Listeria monocytogenes”及Figure 2e图注
Bach2回补实验
pMX-Bach2-IRES-hNGFR逆转录病毒转导TH细胞,感染后培养3天,IL-2条件培养5天,anti-TCR-β再刺激16小时检测细胞因子
阅读提示:Methods “Retrovirus-mediated gene transfer”及Figure 4c-f图注
ChIP-seq和ChIP-qPCR
TH细胞在IL-2条件下培养5天,Bach2 Tss区引物位置见Supplementary Fig. 8a,抗体货号见Methods “Antibodies”
阅读提示:Methods “ChIP assay and ChIP-seq”及Supplementary Fig. 8a
衰老效应CD4 T(sTH)细胞诱导
DO11.10 KJ1+ naive CD4 T细胞体外刺激扩增后静脉转移至BALB/c nu/nu小鼠,4周后回收脾脏KJ1+细胞并再扩增
阅读提示:Methods “Generation of senescent effector CD4 T cells”及Supplementary Fig. 9a
TSA处理恢复Bach2表达
TSA处理浓度:文中未明确说明;处理时间24小时
阅读提示:Methods及Figure 6d、Figure 7f图注