文摘
展开的蛋白质反应(UPR)可以协调调节基因转录和蛋白质的翻译来平衡负载端蛋白质与蛋白质折叠和降解能力的ER。增加证据也牵连了UPR的膜脂质合成和生物转化。B淋巴细胞的分化成antibody-secreting细胞被标记的显著扩张,抗体合成和组装的网站。激活B细胞的膜蛋白和脂质成分的需求导致了UPR转录激活的激活XBP1 (S),反过来,启动一连串的生化事件,提高供应的磷脂合成前体和建设机械,成熟,分泌蛋白的运输。脂类代谢的改变发生在这发展转型和膜磷脂的影响限制B细胞分泌特点进行了讨论。
1。介绍
激活B淋巴细胞增殖并继续沿着截然不同的发展路径,确定其功能和命运。具体来说,反应B细胞可迅速区分extrafollicular网站进入短暂的antibody-secreting细胞主要分泌IgM抗体(1]。另外,反应可以输入生发中心B细胞,进行体细胞hypermutation和同形像切换,然后成为记忆B细胞或长寿antibody-secreting细胞(2]。外在因素,包括抗原的性质和T细胞帮助形式的膜结合分子和可溶性细胞因子,调节B细胞反应中起着关键作用。然而,内在的信号也在指导关键反应B细胞的命运就是明证展开的蛋白质反应的关键作用(UPR)转录因子XBP1 (S)在驾驶antibody-secreting细胞的分化3,4),体液免疫的效应物。在这里,我们将讨论当前的理解之间的关系UPR脂生物合成,激活B细胞细胞器生源论。
2。脂质供给和需求
B淋巴细胞增殖并分化成antibody-secreting细胞相互作用与特定抗原或某些toll样受体(TLR)配体。当刺激B细胞进入细胞周期和增殖的机制,控制膜磷脂供应细胞快速分裂订婚了。一个细胞分裂成两个子细胞需要加倍的膜在细胞周期进展内容(5]。磷脂酰胆碱(PtdCho)是哺乳动物细胞的主要膜磷脂,是一个先驱另外两个最丰富的膜磷脂、鞘磷脂(SM) [6)和磷脂酰乙醇胺(PtdEtn) [7]。PtdCho和其他磷脂积聚在一个周期的方式在S期,与DNA合成重合。净增加膜PtdCho结果从一个细胞之间的相互作用随周期变动利率的振荡PtdCho生物合成和降解。PtdCho合成刺激早期在G1期(8- - - - - -10),但伴随着快速PtdCho营业额。两个磷脂酶已经涉及PtdCho营业额与细胞周期进展,该组织通过calcium-independent磷脂酶A2(11)和神经病变目标酯酶(12]。附近的G1 / S过渡,PtdCho流动率大幅减少,膜PtdCho净收益增加。对细胞周期的后期,胞质分裂之前,PtdCho合成表达下调(5]。这个循环变化的供应对细胞增殖膜磷脂是维护没有区别。
B细胞是独一无二的,然而,除了扩散还进行亚细胞的膜扩张,因为它们分化成antibody-secreting细胞刺激后。有一个主要的免疫球蛋白的合成和分泌增加(Ig)重(H)和光线(L)链(13]。新生的搞笑链cotranslationally易位到内质网(ER),氧化,富钙环境包含许多居民分子伴侣和折叠酶[14]。在这个特殊的蛋白质折叠隔间,H和L链组装成功能性抗体。诱导高效Ig合成在分化过程中伴随着粗糙的ER膜扩张,至少3 - 4倍,表面积和体积(15,16]。因此,增殖和分化都需要增加供应燃料的磷脂膜和细胞器生源论。为了满足这种需求,磷脂的合成,特别是PtdCho,增加当B细胞被激活(15,17]。
3所示。磷脂酰胆碱的合成
主要对PtdCho意味着在哺乳动物细胞生物合成所得通过三个步骤的胞嘧啶核苷diphosphocholine (CDP-choline)途径18)(图1)。首先,胆碱激酶(CK)磷酸化胆碱在ATP生成胆碱磷酸的存在。CKα和CKβ是两个亚型中可溶性蛋白质的胞质(19,20.]。第二,胆碱cytidylyltransferase (CCT)将胆碱磷酸CDP-choline CTP的存在,这是病原反应一步路径(21]。在每一个细胞类型检查了到目前为止,包括B细胞(17),有条件现金援助催化慢一步通路,从而决定了PtdCho的生成速率。相对少量的CDP-choline细胞内被发现,相对于其他磷脂前兆CDP-choline利用后几乎立即。有条件现金援助,包括所有哺乳动物的亚型,是暂时性的同事与ER膜ER膜的脂质成分控制有条件现金援助协会和活动(22]。高表达的有条件现金转移支付刺激PtdCho合成但通常不会导致细胞数量的增加PtdCho在大多数增殖细胞由于补偿海拔PtdCho营业额由磷脂酶(23,24]。第三,胆碱磷酸CDP-choline的一部分转移到二酰基甘油(DAG),生产PtdCho。这最后一步可以催化cholinephosphotransferase (CPT1)或胆碱/ ethanolaminephosphotransferase (CEPT1),双功能酶,这种酶可以合成胆碱和ethanolamine-containing磷脂。CPT酶是完整的膜蛋白,发现CPT1与高尔基体而CEPT1 associates ER (25,26]。在这里,我们指CPT1[的活动27]和CEPT1 [28)统称为CPT活动。指定的位置CPT酶膜生物起源的亚细胞的网站;然而,实施过度的CPT活动不能提高PtdCho合成(29日,30.]。相反,CDP-choline供应和PtdCho DAG确定。因此,CPT酶的高表达可视为一个标志高尔基体和/或ER膜扩张,但不一定是司机的膜磷脂的合成。
在脂多糖(LPS)刺激脾脏B细胞CK活性仍然相当恒定,有条件现金援助活动小幅增加≈2倍,CPT活动增加≈3 (15]。这些CDP-choline途径酶的调节LPS-stimulated脾脏B细胞与PtdCho合成[6至7倍增加15,31日]。我们的研究使用CH12 B细胞淋巴瘤表明,有条件现金援助活动增加对增强关键通量CDP-choline通路在LPS-stimulated B细胞(17]。在此系统中,有条件现金援助表达和酶特定活动时不增加化验下最优的在体外LPS刺激后条件。然而,放射性标记实验刺激细胞证明CDP-choline的形成是显著增强,表明变构激活有条件现金援助的膜脂质。事实上,微粒体脂质隔绝刺激细胞包含DAG和显著升高刺激纯化重组活动的有条件现金援助,而脂质分离如果细胞。因此,在这种情况下,DAG的形成是刺激PtdCho合成的关键:首先,通过激活有条件现金援助,其次,通过提供对CPT酶底物。有条件现金援助,反过来支配的命运DAG DAG是宽容的有条件现金转移支付条件下成磷脂或并入到三酰甘油(标签),有条件现金援助活动减少(32)(图1)。
4所示。“生理”UPR
ER应激时的负载端蛋白质的折叠能力超过了呃,一个条件,如果没有解决,可能是灾难性的。重新平衡负载的能力,从而缓解压力,UPR可以减缓新生多肽进急诊室的流动腔,提高ER机械所需蛋白质折叠和/或处理客户端(33,34]。哺乳动物UPR策划的三个信号通路,分别由三个广泛表达ER跨膜蛋白:活跃(PKR-like ER激酶)35,36),ATF6(激活转录因子6)α和β(37,38],IRE1(首次发现在酵母突变体与肌醇需要表型)α和β(39,40]。每个UPR通路的激活地位和作用已经检查了在antibody-secreting B细胞的分化。
活跃的蛋白质具有丝氨酸/苏氨酸激酶结构域在其胞质地区通过它介导转化衰减(35,36]。激活后,活跃磷酸化α亚基的eIF-2(真核起始因子2)丝氨酸51岁,从而阻碍翻译起始复合物的形成和新生多肽流入放缓ER (41,42]。活跃似乎没有激活期间antibody-secreting B细胞的分化43,44]。支持这一概念,基因小鼠的研究表明,活跃通路是可有可无的抗体分泌(43]。
ATF6α和ATF6βII型ER跨膜蛋白(37,38]。在UPR激活,ATF6交通量从内质网到高尔基体的复杂在哪里剪Site-1和site 2蛋白酶(45,46]。一旦解放intramembrane膜通过这一过程的蛋白水解作用,胞质氨基端域ATF6进入细胞核的功能基因的转录激活因子编码分子伴侣’ER居民折叠酶和组件参与ER-associated错误折叠蛋白质的降解(ERAD) (37,38,47- - - - - -49]。虽然ATF6α和β都是功能性的,只有ATF6α似乎必不可少的ER应激反应基因的诱导和生存的细胞受到ER应激条件(48,49]。过度活跃的ATF6α就足以驱动合成脂肪酸和磷脂和诱导扩张的ER (50),这表明这个UPR途径可能参与antibody-secreting B细胞的分化。事实上,ATF6α在LPS-stimulated激活B细胞(43,51,52]。然而,最近的研究ATF6α有缺陷的小鼠表明ATF6α喜欢活跃,可有可无的antibody-secreting B细胞的分化(Brewer et al .,手稿准备)。
包含serine-threonine IRE1蛋白质激酶模块和细胞质的c端内切核糖核酸酶域区域(39,40]。激活后,IRE1执行特定站点的乳沟Xbp1(x - box结合蛋白1)mRNA。26-nt内含子是切除,然后绑一个未定义的机制产生的5′和3′片段,产生一个拼接Xbp1信使rna的改变阅读框(53- - - - - -55]。unspliced和UPR-splicedXbp1记录编码基本亮氨酸拉链(bZIP)转录因子,XBP1 (U)和XBP1 (S),分别。展品XBP1的因素增强transactivating能力和更大的稳定性比XBP1 (U) (53- - - - - -56]。像ATF6α,XBP1足以上调合成脂肪酸和磷脂和推动扩张的ER (30.,50]。Xbp1是必不可少的最佳诱导基因编码蛋白质的功能在整个分泌通路和ER适当发展的各种专门分泌细胞类型(57,58]。当刺激B细胞分泌抗体,Xbp1信使rna的增加和经历UPR-mediated拼接产生XBP1 (S) (3,52,53),一个因素需要代antibody-secreting B细胞(3,4]。因此,激活B细胞特性的生理UPR IRE1 / XBP1通路。
5。XBP1 (S)、脂质合成和ER生源论
Xbp1胚胎发育(需要59];因此,这个UPR在淋巴细胞转录因子的作用首先是调查使用Rag-2互补系统[4]。这些实验显示XBP1-deficient B细胞在抗体分泌明显缺陷在活的有机体内在对免疫和回应在体外对有限合伙人的回应。重要的是,它是表明XBP1 (S),但不是XBP1 (U),有效地恢复XBP1-deficient B细胞分泌抗体的能力以应对有限合伙人在体外(3)和足以驱动ER扩张(30.,58]。最近,Cre -loxP系统已经用于选择性删除Xbp1在B细胞和使用这个系统的研究证实了早期的发现(60,61年]。使用这个系统,丰富的PtdCho被证明增加LPS-stimulated XBP1-deficient B细胞,但程度较轻比野生型细胞(62年]。PtdCho的水平,SM和磷脂酰肌醇在XBP1-deficient激活B细胞显著减少,但PtdEtn,磷脂酰丝氨酸,phosphatidylglycerol类似于野生型激活B细胞相应的数量。此外,微薄,但明显扩张的粗略观察ER LPS-stimulated XBP1-deficient B细胞(62年]。
PtdCho最显著影响XBP1的缺陷,因为它是最丰富的磷脂膜。SM是直接来自PtdCho,胆碱磷酸的headgroup PtdCho由SM转移到神经酰胺合成酶(63年)(图1)。因此,减少PtdCho可用性将会反映在SM的减少。PtdCho转换的途径PtdEtn并不直接,然而,第二通路通过CDP-ethanolamine PtdEtn合成可以绕过PtdCho不足(64年]。因此,PtdEtn的数量是影响较小XBP1-deficient B细胞活化后和增加PtdEtn几乎相同程度上激活野生型B细胞。另一方面,XBP1的执行表达式(S)在PtdEtn NIH-3T3成纤维细胞导致大幅增加(30.),增加XBP1 (S) (S)的脂肪生成独立的机制。的新创神经酰胺的合成,SM的重要前体生产,是调节在LPS刺激65年SM),有助于增加。抑制神经酰胺形成损害ER扩张和蛋白质糖基化在ER腔65年),这表明这些过程之间的联系。这些数据建立XBP1最大增加PtdCho所需,SM,和粗糙的ER LPS-stimulated B细胞,但XBP1调和这些事件的机制还有待阐明。该方案在图1显示一连串的生化事件说明XBP1 (S)刺激脂肪酸合成的50)是一个关键的功能,驱动膜磷脂扩张B细胞(17]。此外,这些数据表明,XBP1-independent机制,还没有定义,还必须有助于调节PtdCho合成和生物转化在分化过程中。
已经提出升级Ig合成区分B细胞税ER的蛋白质折叠机制,因此,触发了UPR [3]。这个模型是由一个实验显示XBP1的感应在B细胞(S),经历过的一切体外Cre-mediated删除本链LPS刺激(之前3]。相比之下,最近的研究表明强烈的感应XBP1 (S)B细胞与LPS刺激60,62年),这表明增加可溶性的合成μH链不是UPR激活的先决条件。根据这些数据,我们之前显示合成的XBP1 (S)中最大的搞笑翻译先于感应LPS-stimulated CH12 B细胞(52),这表明IRE1 / XBP1通路被激活在早期阶段的分化过程。的信号(s)是什么UPR在刺激B细胞激活吗?这仍然是一个基本问题,其答案是整体理解antibody-secreting B细胞的机制,推动发展。
6。磷脂酰胆碱合成和UPR信号
哺乳动物表达三个类似的有条件现金援助亚型酶活性和监管。有条件现金转移支付α编码的Pcyt1a基因而有条件现金转移支付β2,有条件现金转移支付β3编码或者拼接的成绩单Pcyt1b基因(66年]。有条件现金转移支付α主要是表达在大多数组织中,包括B细胞(17),需要早期胚胎发育(67年]。组织的删除Pcyt1a使用Cre——基因loxP系统显示有条件现金援助的关键角色α在专门的分泌细胞,包括表面活性剂由肺泡上皮细胞脂质生产和分泌(68年)、装配和脂蛋白的肝细胞分泌69年,激活巨噬细胞分泌的细胞因子(70年]。我们最近表明,有条件现金援助的选择性删除α大大妨碍B细胞的移植能力PtdCho合成刺激,有趣的是,这与提高UPR的感应IRE1 / XBP1的分支(31日]。
当挑战与T cell-dependent蛋白质抗原,动物窝藏有条件现金援助α缺乏B细胞不能产生正常的免疫球蛋白水平但IgM分泌hyperlevels [31日]。之间的相关性降低PtdCho合成和高架IgM分泌的有条件现金援助α缺乏B细胞是违反直觉的,然而,根据隐含需要膜PtdCho扩张在浆细胞分化。调查的UPR组件显示的受损生产PtdCho触发IRE-mediated拼接的Xbp1信使rna早期后激活,从而促进IgM-secreting细胞的分化。有条件现金转移支付的能力α缺乏B细胞接受同形像切换与增殖缺陷。然而,阻止扩散由不同机制并未引起XBP1 (S)激活,支持的早期和有效的诱导XBP1 PtdCho缺乏症(S)的有条件现金援助α缺乏B细胞加速和增强转变成抗体分泌。从这些观察中,我们建议IRE1 / XBP1的UPR响应需求增加磷脂以及需求增加的蛋白质折叠ER(图的能力2)。在协议中,限制PtdCho [71年)或脂肪酸合成72年)已被证明会引起激活UPR组件在其他系统中。是有趣的推测,脂质供应可能作为代谢信号感应IRE1 / XBP1通路的激活B细胞。
承认
作者支持部分由国家卫生研究院(NIH)赠款GM061970 (j·w·布鲁尔),GM062896 (s . Jackowski)和ALSAC赞助(s . Jackowski)。