生物物理所發現TNF-α介導的炎症響應記憶現象並闡述其分子機理

2020-11-10 瀟湘名醫

近期，中國科學院生物物理研究所生物大分子國家重點實驗室研究員朱冰課題組在eLife上，在線發表題為Sustained TNF-α stimulation leads to transcriptional memory that greatly enhances signal sensitivity and robustness的研究論文。研究發現，炎症因子TNF-α的持續刺激能夠誘導部分炎症響應基因產生轉錄記憶，對後續TNF-α刺激產生更快、更強、更靈敏的響應；該現象的分子機制核心為信號誘導的轉錄因子激活及其誘發的DNA主動去甲基化。

信號分子能夠激活特定基因以調控生物學過程。大多數基因對信號分子的初次刺激和二次刺激的反應是相同的，但少數基因在接受信號分子的二次刺激時，有更快、更強的反應，該現象叫做轉錄記憶。促炎症因子TNF-α可激活NF-κB等信號通路，在慢性炎症的發病中發揮關鍵作用。拮抗TNF-α是風溼性關節炎和潰瘍性結腸炎等慢性炎症的重要治療手段。在炎症反應中重要的促炎症因子TNF-α可否介導轉錄記憶？如果能，具體的機制是什麼？在哺乳動物中，哪種表觀遺傳學修飾可在轉錄記憶的形成中起決定性作用？哪些因素決定被信號分子激活的基因是否具有轉錄記憶？解決這些問題將有利於認識慢性炎症和轉錄記憶。

研究人員通過探索插入在HEK293F細胞被DNA甲基化沉默的報告基因，發現持續性TNF-α刺激能夠誘導轉錄記憶，使報告基因在接受二次TNF-α刺激時發生更快、更強的激活。隨後，若干具有對TNF-α刺激具有轉錄記憶效應的內源基因被發現。其中，轉錄記憶效應最強的內源基因是編碼偏頭痛治療靶點CGRP的CALCB基因。

轉錄因子NF-κB結合區域的去甲基化現象，伴隨轉錄記憶的建立。敲除具有DNA去甲基化功能的TET基因後，全部對TNF-α具有轉錄記憶效應的基因都失去轉錄記憶。這表明，主動DNA去甲基化在轉錄記憶的建立過程中具有重要作用。然而，並非所有NF-κB的靶基因都具有轉錄記憶，因為只有在NF-κB結合位點附近有較高DNA甲基化程度和CpG位點密度的位點，才能成為具有記憶潛能的轉錄調控元件。少數具有轉錄記憶效應的基因（如CACLB基因）能夠在接受低於初始TNF-α刺激濃度100倍的二次刺激時，仍發生顯著更強的表達激活，這表明，一旦轉錄記憶被確立，細胞在接受後續炎症刺激時響應靈敏度大幅上升，這一現象可能有助於解釋急性炎症向慢性炎症的轉換。

該研究發現了促炎症因子TNF-α介導的依賴於NF-κB信號通路和DNA主動去甲基化的轉錄記憶效應。這種轉錄記憶效應，使具有轉錄記憶的基因對後續TNF-α刺激發生更快、更強、更敏感的響應。這一轉錄記憶形成的機制預期廣泛存在於其它信號系統，該研究為此類研究提供了研究流程的模板。生物物理所博士趙作棟和研究員張珠強為論文的共同第一作者，朱冰為論文通訊作者。朱冰課題組的博士研究生李晶晶和蘭孟穎，博士董強、熊俊、李穎峰等對該研究做出重要貢獻，澳門大學教授李剛對該研究給予協助。研究工作得到國家自然科學基金委、科技部和中科院的支持。

論文連結

TNF-α刺激介導轉錄記憶形成的分子機理（以CALCB基因為例）

【來源：中國科學院科技產業網】

版權歸原作者所有，向原創致敬

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