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本文主要从以下几个部分展开论述: 第一部分:去泛素化酶USP44在炎症条件下通过抑制转录因子FOXP3的降解正调控诱导型调节性T细胞功能的研究调节性T细胞(Regulatory T cells,Treg)在维持机体免疫耐受状态,防止自身免疫病的发生,抗移植物排斥以及肿瘤免疫中具有重要作用。转录因子FOXP3(Forkhead box P3)不仪能作为CD4+ CD25+ Treg的标志分子,还是决定CD4+CD25+ Treg功能的关键基因。目前的研究显示在自然型调节性T细胞(nTreg)中,FOXP3受多聚泛素化修饰和去泛素化调节,但对诱导型调节性T细胞(iTreg)在炎症条件下调节机制的研究还尚不清楚。在本课题中,主要研究在炎症条件下诱导型调节性T细胞中FOXP3蛋白的去泛素化修饰对其稳定性及其功能的影响。 首先,我们通过构建FOXP3稳转T细胞系,用串连亲和技术纯化FOXP3复合体,再进行质谱分析得到去泛素化酶USP44。我们发现USP44在体外分化的iTreg细胞中高表达,过表达USP44可以稳定FOXP3的蛋白水平并促进FOXP3对Il2基因转录水平的抑制作用,用包含shRNA的慢病毒感染iTreg敲低USP44可促进FOXP3蛋白的降解。使用放线菌酮(Cycloheximide,CHX)处理共转FOXP3和USP44的细胞,发现USP44能显著延长FOXP3蛋白的半衰期,显示USP44对FOXP3的调节是在翻译后水平。这些结果促使我们进一步研究这一去泛素化酶对iTreg功能的影响及机制。 在过表达体系中,我们发现USP44可以结合,稳定,去泛素化FOXP3,同时精确定位出二者相互作用的蛋白功能域。然后我们验证了其在iTreg中也是通过这一机制作用于FOXP3蛋白的。内源性的USP44可以结合FOXP3,二者共定位在iTreg细胞核中。进一步的筛选实验发现USP44可以催化去除FOXP3在K179位点上的K48偶联的多聚泛素化,以及其他可能作用的位点如K250,K263以及K268。 进一步的研究发现,在iTreg体外分化过程中,USP44特异受转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信号通路调控进而稳定FOXP3表达水平。基于前人的研究成果发现去泛素化酶USP7和泛素连接酶STUB1(STIP1homology and U-Box containing protein1)对FOXP3蛋白稳定性的拮抗作用,我们发现USP44可通过与USP7协同作用稳定FOXP3,并且USP44本身能被STUB1降解。 基于以上结果,我们的合作单位之一牛俊奇教授(Jilin University)实验室进一步通过对丙型肝炎病毒(HCV)感染阳性的肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)样本进行免疫组化分析,发现FOXP3和USP44在肿瘤间质中共定位和协同上调。我们的另一合作单位潘凡教授(John Hopkins University)实验室利用肠炎小鼠模型验证了USP44在体内对FOXP3蛋白稳定性的调节和USP44基因敲除对Treg免疫抑制功能的影响。这为我们在研究iTreg细胞在自身免疫性疾病及TGF-β介导的肿瘤细胞(如肝癌)逃逸机制提供了很好的思路。 综上所述,在体内炎症条件下,FOXP3+Treg功能的紧密调节对疾病的发展至关重要,研究这一调节的分子机制具有重要意义。为今后肿瘤治疗、移植排斥、病毒感染、免疫疾病及炎症反应等的临床治疗提供创新性线索及药物新靶点。 第二部分:去泛素化酶USP4在炎症条件下通过稳定转录因子RORγt正调控Th17细胞功能的研究 T辅助细胞17(Th17)细胞及其分泌的炎性因子白介素17(IL-17)导致的炎症对自身免疫性疾病的发展具有重要作用。维甲酸相关孤核受体(Retinoid-relatedorphan receptor gammat,RORγt)是控制炎症型T辅助性17细胞(Th17)的发育和功能的重要转录因子,但其稳定性的调解机制尤其是在翻译后水平的调节尚不清楚。在本课题的研究中,我们着眼于RORγt的泛素化与去泛素化修饰的调控,从而阐述翻译后修饰对Th17细胞发育及功能的影响。 首先,从以往的研究结果中,我们分析得到USP4可能是Th17细胞的一个重要调控因子。体外分化T辅助细胞亚群并进行mRNA和蛋白水平检测,我们发现去泛素化酶USP4在Th17细胞中高表达,揭示其可能对维持RORγt的稳定和Th17的功能起重要作用。利用中药衍生物vialinin A(USP4的酶活抑制剂)处理人幼稚T细胞(Naive T),可以抑制Th17细胞分化。用包含shUSP4的慢病毒转染Th17敲低USP4可促进RORγt蛋白的降解。揭示了去泛素化酶USP4对RORγt的稳定性调节及Th17细胞功能的影响,促使我们进一步研究其调解机制。 接下来在过表达体系中,我们发现USP4可以结合,稳定RORγt的蛋白水平并促进其诱导的Il17a基因的转录。使用放线菌酮(CHX)处理共转RORγt和USP4的细胞,发现USP4能显著延长RORγt蛋白的半衰期,显示USP4对RORγt的调节是在翻译后水平。 为了了解USP4对RORγt的调节机制,我们首先在Th17细胞中验证了USP4和RORγt蛋白的相互作用,并通过外转体系及内源泛素化实验证明USP4可去除RORγt蛋白的泛素化修饰,从而抑制RORγt蛋白的降解,进而促进Il17a的转录表达。有趣的是,我们用TGF-β和IL-6共刺激Th17细胞,发现RORγt和USP4协同上调,揭示这一过程同时受TGF-β和IL-6信号通路调控。此外,我们还在过表达体系中发现PI3K-AKT信号促进USP4 S445位的磷酸化修饰并降低其去除RORγt泛素化修饰的能力。同时,我们还发现USP4可以结合,稳定,去泛素化Th17另一重要转录因子RORα(RAR-related orphan receptoralpha),揭示USP4是RORγt和RORα共同的去泛素化酶,严格调节Th17细胞的发育和功能。重要的是,我们发现在风湿性心脏病(RHD)病人的外周血CD4+T细胞中,USP4的mRNA水平和IL-17F的表达正相关,从而揭示了USP4可能作为新的药物靶点用于治疗Th17导致的自身免疫性疾病,如风湿性心脏病。