2016年6月24日 訊 /生物谷BIOON/ --炎症反應的發生依賴於細胞因子以及趨化因子向組織間隙的移動，然而，過量的炎性因子的分泌容易引發免疫系統的過度激活，從而導致不必要的炎症疾病。因此，細胞因子的釋放必須受到嚴格的調控。免疫因子的產生會受到多種水平的負向調控，其中包括表觀遺傳學修飾以及染色質組裝等等。事實上，很多調控環節都發生在轉錄起始之前。不過，最近一些研究也表明轉錄後的調控作用也參與了免疫調節因子的產生。
轉錄的延伸是一個多步驟的過程，早期RNA聚合酶II（Pol II）與靶基因上遊啟動子區域結合，並進行一小段RNA的合成（直到轉錄起始位點下遊50nt為止），然後中止。當轉錄延長因子P-TEFb與聚合酶結合併將其C端的胺基酸殘基磷酸化之後，能夠解鎖這一中止狀態，從而繼續延伸。轉錄延伸過程在免疫學領域研究的並不多，但其的確是一個重要的免疫調節機制。
Hes1（hairy and enhancer of split 1）是一類DNA結合蛋白超家族的成員，它對於多種組織以及細胞的分化具有促進作用。研究表明Hes1的表達受到多種天然免疫信號的影響；另外，Hes1也能夠負向地調控TLR信號通路的轉導。然而，其中的分子機制以及對應的生理學意義並不清楚。
為了研究Hes1調節炎症反應的分子機制，來自清華大學免疫系的胡曉玉課題組進行了深入研究，相關結果發表在最近一期的《Journal of Immunology》雜誌上。
天然免疫信號（例如TLR）能夠引起小鼠胞內兩類Hes家族蛋白的表達：Hes1以及Hey1。Hey1的全身性敲除小鼠可以正常生長，然而Hes1的全身性小鼠無法存活。因此，作者構建了全身性的Hey1以及巨噬細胞特異性Hes1雙敲除小鼠，並以此作為研究對象。
作者通過對野生型小鼠以及突變體小鼠的BMDM進行LPS刺激，並將其轉錄組表達譜進行高通量晶片分析。結果顯示，在突變體小鼠BMDM中有25個基因的表達量相對野生型組有了明顯的上升。這些基因中有很多表達關鍵的免疫調節因子，其中包括CXCL1，IL-12p40以及IL-6。之後，作者通過RT-PCR手段驗證了上述表型。然而，Hes1以及Hey1的缺失並不會影響其他炎性因子，比如TNF-a以及IL-1b的表達。
進一步，作者希望了解上述兩個轉錄因子中到底哪一個真正參與了CXCL1的轉錄調控。通過對野生型小鼠BMDM以及單突變體小鼠的BMDM進行刺激，作者發現Hes1是影響CXCL1表達的關鍵調控元件。
之後，作者給小鼠進行了骨髓重建（野生型或Hes1缺陷型BMDM），之後對其進行腹腔的LPS刺激。他們發現Hes1的缺失能夠有效促進中性粒細胞在腹腔中的聚集，另外，中性粒細胞中CXCL1的表達量有明顯的上升；相反地，TNF-a以及IL-1b則沒有明顯區別。
之後，作者對上述骨髓重建的小鼠進行了關節炎的誘導（K/BxN血清注射的方式），並探究了Hes1對於小鼠關節炎疾病發生過程中關節處傷口的癒合有何作用。結果顯示：突變體骨髓重建小鼠的炎症病情比野生型對照組要嚴重。
為了研究Hes1的免疫抑制活性內在的分子機制，作者進行了體外實驗。通過RT-PCR的手段，作者發現Hes1的缺失能夠提高小鼠骨髓巨噬細胞中CXCL1的表達量，但TNFa的表達量並不受影響。進一步，作者通過CHIP-seq手段檢測了在Hes1存在與否的情況下，RNA聚合酶與CXCL1基因序列不同區域的結合能力。結果顯示，Hes1的缺失能夠提高RNA聚合酶II與CXCL1基因body區域的結合能力。特別地，Hes1的缺失能夠促進pTEF-b 複合體與RNA聚合酶II的結合，進而促進其轉錄過程。
最後，作者發現Hes1調控的基因轉錄過程不僅僅限於CXCL1，而且對多個炎性因子的表達都具有一定的調節作用。(生物谷Bioon.com）
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doi:10.1038/ni.3486
PMC:
PMID:
The transcriptional repressor Hes1 attenuates inflammation by regulating transcription elongation
Yingli Shang, Maddalena Coppo, Teng He, Fei Ning, Li Yu, Lan Kang, Bin Zhang, Chanyang Ju, Yu Qiao, Baohong Zhao, Manfred Gessler, Inez Rogatsky & Xiaoyu Hu
Most of the known regulatory mechanisms that curb inflammatory gene expression target pre-transcription-initiation steps, and evidence for post-initiation regulation of inflammatory gene expression remains scarce. We found that the transcriptional repressor Hes1 suppressed production of CXCL1, a chemokine that is crucial for recruiting neutrophils. Hes1 negatively regulated neutrophil recruitment in vivo in a manner that was dependent on macrophage-produced CXCL1, and it attenuated the severity of inflammatory arthritis. Mechanistically, inhibition of Cxcl1 expression by Hes1 did not involve modification of transcription initiation. Instead, Hes1 inhibited signal-induced recruitment of the positive transcription-elongation complex P-TEFb and thereby prevented phosphorylation of RNA polymerase II at Ser2 and productive elongation. Thus, our results identify Hes1 as a homeostatic suppressor of inflammatory responses that exerts its suppressive function by regulating transcription elongation.