文摘
规范化的模型细胞因子通过JAK / STAT信号通路信号转导主宰着我们的观点,但没有提供见解的意义同时出现的木菠萝激活和统计在细胞核的细胞与细胞因子治疗。这样一个机械的缺点挑战目前的形式模型的有效性。专注于干扰素(IFN)细胞因子,我们已经开发出一种经典之中的干扰素信号模式自然连接激活木菠萝和数据达到或接近响应干扰素的基因被激活的元素。具体来说,细胞用干扰素治疗γ显示激活STAT1协会α和气体元素的JAK2基因激活干扰素γ。对干扰素α处理细胞,激活STAT1涉及的协会α和TYK2 JAK激酶ISRE启动子。经典之中的力量模型是它提供了机械的洞察特定基因激活的相关的表观遗传学,类似于类固醇/类固醇受体信号。
1。介绍
古典或规范模型信号的细胞因子,如干扰素(ifn)包括与受体细胞外配体相互作用域,紧随其后的是“别构变化”受体胞质域,导致自身磷酸化有关Janus酪氨酸激酶(激酶)和随后的酪氨酸磷酸化的受体胞质域(s) (1- - - - - -4]。气候事件是适当的协会和酪氨酸磷酸化信号传感器和激活的转录(统计)的因素。模型的美丽和弱点在于简单的统计负责具体功能影响归因于干扰素。例如,干扰素γ信号通过heterodimeric受体导致STAT1的激活α,receptor-associated JAK1和JAK2,形成一个不对称的二聚体发生核转位到特定的启动子的基因被激活干扰素γ。在15以上的家庭1型干扰素亚型,所有代理通过同一个heterodimeric受体,JAK1和TYK2激酶激活STAT1α和STAT2结合受体胞质域。STAT1α和STAT2形成三聚物的复杂与干扰素调节因子9 (IRF9),称为ISGF3,紧随其后的是核易位和协会发起人专门由I型干扰素激活的基因。
干扰素信号非常的规范模型缺乏特异性的机制,可能归因于其吸引力简单和专注于数据倾斜。的干扰素,它从未被证实,激活相应的统计独立的干扰素或其受体导致抗病毒的感应状态。小说的发现I型干扰素的家庭的成员,称为干扰素τ,一个特定的规范模型的应变干扰素信号。绵羊的干扰素τ最初发现干扰素,但不如妊娠识别激素在反刍动物(5]。它是由孕体(胎盘)怀孕的羊。从结构上看,干扰素的氨基酸序列τ显示30 - 70%同源其他I型干扰素(6]。干扰素τ操作一样通过heterodimeric受体I型干扰素,强有力的抗病毒和抗增殖剂如干扰素α和同样有效地诱导(2′5′)oligoadenylate合成酶但与干扰素α它相对无毒的高剂量(7]。
值得注意的是干扰素τ和干扰素α有类似的具体但干扰素抗病毒活动α一定会在10倍高亲和力受体(7]。干扰素抗体τ糖被绑定的干扰素τ和干扰素α受体,但干扰素抗体τn端只有阻止干扰素τ绑定,这表明他们认识到受体同样糖但不同的n端。研究结果表明,最大干扰素抗病毒活性只需要部分占用干扰素受体的毒性与最大时受体入住率。与类似的抗病毒活性一致,干扰素τ和干扰素αJAK激酶磷酸化TYK2 STAT1和STAT2转录因子相似,这表明这些信号转导分子的磷酸化与抗病毒活性和毒性。相似和差异的影响这两个通过相同的受体I型干扰素操作复杂不容易解释的规范模型I型干扰素信号。我们已经发现、开发和经典之中干扰素信号转导通路,非常类似于类固醇/类固醇受体信号(综述(8,9])。这是我们的论点,途径不仅提供了遗传和表观遗传机制干扰素信号,但也提供了洞察其他细胞因子,生长因子和激素信号通路。
2。规范模型
干扰素的核心球员γ信号通过古典或规范途径包括干扰素γ、受体亚基IFNGR1 IFNGR2,酪氨酸激酶JAK1和JAK2和STAT1α转录因子(1- - - - - -4]。I型干扰素信号包括I型干扰素,受体亚基IFNAR1 IFNAR2,酪氨酸激酶JAK1和TYK2 STAT1和STAT2转录因子。图1说明了事件的顺序从干扰素/受体结合激活统计响应元素的存在特别的基因激活干扰素。这些经典通路的支持者指出辅活化因子的激活数据的交互。核数据,例如,与表观遗传交互球员如p300和分子结合蛋白(CBP),意味着分子营地反应元件结合蛋白(2]。p300和CBP acetyl-transferases参与染色质重塑(10,11]。干扰素也激活其他玩家和途径,包括MAPK(增殖蛋白激酶),PI-3K(磷酸肌醇3-kinase),和NF-kB(核转录因子kB) (2,12]。这些交互是事件的抽样统计转录因子的激活干扰素。所有这些和其他途径激活干扰素信号和统计的激活规范模型是通用的,许多不同的细胞因子,激素,生长因子激活它们。迄今为止没有已知specificity-determining编排或协调中心确定的统计或non-STAT方面的规范模式。识别这些干扰素诱导事件仅仅是同意,这是众所周知的,出现大量的其他细胞因子的功能不同于干扰素。从力学上看它没有告诉我们为什么干扰素专门做他们做的事。
(一)
(b)
核的激活JAK2的报告,在我们看来,一个非常重要的事件,是一个改变游戏规则的具体机制,细胞因子信号的基因激活(包括相关的表观遗传事件13]。这里简要描述,将探索一些深度之后为什么这一发现是非常重要的在特定的基因激活细胞因子。2009所示,白血病细胞和功能变异JAK2和JAK2V617F持续激活,执行关键表观遗传功能在细胞核13]。活化的JAK2在酪氨酸残基磷酸化组蛋白H3 41 (Y41)。磷酸化H3Y41 H3pY41,导致异染色质蛋白1的离解α(HP1α从组蛋白H3),导致基因转录HP1紧α。野生型JAK2所激活的生长因子,如血小板源生长因子(PDGF)进行核易位和同样使组蛋白H3磷酸化在Y41,导致HP1离解α为基因活化,导致染色质重塑。激活木菠萝的存在在细胞核和激活统计,两个激活相同的细胞因子,提出了一个问题,这符合事件如何与特定的基因激活的细胞因子有关。规范化JAK / STAT信号通路信徒并没有解决这个问题。我们表明,第一种和第二种干扰素激活TYK2 JAK2,分别通过经典之中JAK / STAT通路为特定的基因提供了一种机制激活这些干扰素包括相关的表观遗传学的H3Y41磷酸化。
3所示。干扰素γ受体相互作用和不在经典里的模型
有许多有趣的观察关于干扰素活动超出合理的解释或理解上下文中的规范化JAK / STAT干扰素信号模型。例如,干扰素γ已被证明是功能细胞的能力。具体地说,人类干扰素γ由脂质体载体诱导小鼠巨噬细胞的抗肿瘤效果,表达nonsecretable人体干扰素γ在小鼠成纤维细胞诱导抗病毒活性,microinjected人体干扰素γ诱导Ia在小鼠巨噬细胞抗原表达14- - - - - -16]。这些发现与人类外源性干扰素的著名的物种的偏好γ没有对小鼠细胞的活动。这些报告表明,干扰素γ可以通过一个细胞内的机制诱导功能,不是物种限制。这些观察干扰素社会本质上被忽视的建议,他们认为是没有意义的上下文中的规范化JAK / STAT干扰素信号模型。
干扰素的γ分子是一个不对称的二聚物和干扰素γ受体由共价连接两个亚基组成的四聚物叫做IFNGR1 IFNGR2 [12]。根据标准模型,干扰素γ交叉连接IFNGR1亚基,导致变构改变受体胞质域(12]。这变构改变发起的干扰素没有指定/受体细胞外的交互只是假定模型的上下文中。其间的疏水跨膜序列的受体,受体胞外和胞质分离领域,同样被忽视,它在这些变构事件中的作用。
鉴于停滞缺乏规范模型的预测,我们走近干扰素γ研究干扰素信号首先进行绑定γ和IFNGR1。我们质疑所有相关配体的影响发生在受体细胞外的领域。具体来说,我们进行干扰素γ绑定完整可溶性受体亚基IFNGR1胞外和胞质域组成。使用完整的干扰素γ,重叠干扰素γ肽,重叠IFNGR1胞外和胞质肽以及站点特定的抗体,我们发现干扰素的n端γ必将IFNGR1细胞外域和干扰素的糖吗γ被绑定到受体胞质域(17]。小鼠干扰素γ糖肽,干扰素γ(95 - 132),和相应的序列的人类干扰素γ一定会残留253 - 287的IFNGR1胞质域。这个绑定是相邻IFNGR1 JAK2的结合位点,是专门被反(253 - 287)特异性抗体固定/ permeabilized细胞(17,18]。
这是观察到当细胞用干扰素治疗γ从受体亚基IFNGR2转向IFNGR1 JAK2绑定,大概由于上面的变构的变化称为(2,12]。相比之下,我们表明,琼脂糖耦合JAK2 (Seph-JAK2)绑定我们的可溶性放射性标记的IFNGR1和这种约束力的增强是由两个完整的干扰素γ和它的c端肽,干扰素γ(95 - 132),但不是由受体细胞外domain-binding肽干扰素γ(1-39)[18]。增强的绑定JAK2被IFNGR1肽,IFNGR1(253 - 287),对应到IFNGR1干扰素结合位点γ糖基,显示特异性增强的绑定。JAK2的相应受体肽结合位点,IFNGR1(283 - 309),也阻止了JAK2绑定,而肽相邻站点没有影响增强JAK2绑定,提供特异性的进一步证据。干扰素γ糖基增强JAK2绑定IFNGR1胞质域似乎符合著名的质量作用定律,转移IFNGR1和IFNGR2之间的平衡,而不是通过别构变化诱发的规范化JAK / STAT模型(18]。
功能、治疗的小鼠巨噬细胞细胞系小鼠干扰素γc端肽,干扰素γ(95 - 132),或者人类相对应的基因导致upregulation MHC II级分子和诱导干扰素抗病毒状态相似γ(19]。肽也增强的绑定JAK2 IFNGR1在这些细胞(18]。肽是由巨噬细胞通过胞饮内化和没有有效对抗nonpinocytotic成纤维细胞,大概是因为他们不能访问IFNGR1胞质域。这种缺乏影响成纤维细胞被附件的棕榈酸酯IFN克服γ(95 - 132),导致细胞抗病毒药物的渗透和感应状态和upregulation MHC II级分子成纤维细胞(20.]。这些调查还显示,细胞与基因敲除IFNGR1折射的影响干扰素γ肽的肽通过受体亚基IFNGR1行动的证据。
所面临的挑战是要证明干扰素γ与受体对完整细胞的途径IFNGR1细胞质绑定网站,按照IFNGR1(253 - 287)肽,内吞作用过程中(21]。首先,特定的绑定一个小鼠细胞系使用放射性标记的小鼠干扰素(P388D1)成立γ,125年I-IFNγ。绑定是在4°C,防止内吞作用。无标号干扰素γ阻塞125年I-IFNγ绑定了竞争受体而IFNGR1(253 - 287),对应于IFNGR1细胞质对干扰素结合位点γ在可溶性受体结合对胞外受体结合(图没有影响2(一个))。评估细胞内绑定IFNGR1序列253 - 287,P388D1细胞孵化在37°C促进细胞内装载的IFNGR1(253 - 287)肽。细胞培养在37°C在短时间内125年I-IFNγ之后他们降至4°C和表面125年I-IFNγ通过酸处理。细胞上清液处理IFNGR1抗体和西方印迹显示125年I-IFNγ与沉淀IFNGR1(图2 (b))。重要的是,IFNGR1(253 - 287)细胞阻塞绑定125年I-IFNγ在IFNGR1相应的网站。这个实验一个额外的警告是干扰素的堵塞γ绑定IFNGR1胞质域导致激活STAT1的缺失α701年所评估的磷酸化酪氨酸JAK2(图2 (c))。这些绑定在一起,研究表明,干扰素γ胞外受体结合域和遍历的胞质域IFNGR1 STAT1耦合α激活。
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从历史上看,天花病毒一直负责数十亿人死亡,据估计已经消灭了多达90%的南美人由于欧洲引入病毒(22]。中央的毒性的原因可能是由于病毒的非凡refractiveness干扰素的诱导干扰素诱饵受体。例如,牛痘病毒编码的分泌,可溶性蛋白质B18R和B8R截断等仅保留细胞外,配体结合域的受体可与I型和II型干扰素,分别为(23,24]。基于干扰素的糖基模拟相比之下是强有力的抑制剂的牛痘病毒,因为他们没有被病毒诱饵受体(25,26]。因此,诱饵受体可以中和完整的干扰素,而不是没有域的c端肽参与诱饵受体的细胞外的绑定。应该注意的是,这些模拟的结果不在经典里的干扰素信号通路。
4所示。干扰素和特定基因的遗传学和表观遗传学激活
上述场景与干扰素γ和干扰素γ受体亚基IFNGR1适用与I型干扰素信号系统变化。在干扰素γ信号、质膜上的受体亚基IFNGR2仍然内吞作用期间,虽然IFNGR1内源性干扰素γ(27,28]。这样的I型干扰素干扰素α,两个受体亚基IFNAR1和IFNAR2内源性干扰素(29日]。在本节中,我们解决复杂的问题在细胞质中形成和运动到特定基因在细胞核中。
干扰素的观察γ把receptor-expressing细胞核的细胞激活STAT1的动力学相似α不被认为是在规范化模型的上下文中JAK / STAT信号,也许是因为核心作用归因于STAT(了8,9])。然而,这些观察潜在的重要的上下文中的干扰素的典范γ信号。我们发现干扰素γ核易位是由polycationic核本地化序列(NLS),126年RKRKRSR,糖基相似的原型SV40大肿瘤抗原(t ag) NLS (PKKKRKV) [30.]。突变的干扰素γNLS导致生物活性损失由t ag恢复原型NLS [31日]。有效的核运输通过polycationic nls涉及高亲和力识别的importin (IMP)核运输分子总科32- - - - - -34]。干扰素γ主动运输的heterodimeric小鬼吗α/β细胞质中的复杂的小鬼α结合的干扰素γNLS和小鬼β协调与核孔,跑的交互,与ATP /三磷酸鸟苷作为能量来源(32]。干扰素的小鬼协会γ建立了与抗体免疫沉淀反应,小鬼α(anti-NPI-1)和免疫印迹31日]。与此相关,t ag结合小鬼α竞争性抑制干扰素γ功能的细胞(30.]。
我们上面显示,内源性干扰素γ与受体的胞质域单元IFNGR1残留253 - 287附近JAK2结合位点。Immunofluorescent共焦显微镜和细胞分离的研究表明受体在脂质microdomains细胞表面受体的内吞作用和发挥了重要作用单元IFNGR2不接受内吞作用但仍在细胞表面(27,28]。IFNGR2的功能可能是作为JAK2水库,结合IFNGR1高亲和力由于干扰素γ绑定(18]。
给定的中央重点放在统计特定基因激活的细胞因子,它似乎是合理的干扰素γ来确定蛋白质与STAT1相关联α气体元素的基因激活干扰素。因此,我们使用的组合与免疫印迹免疫沉淀反应,核共聚焦免疫荧光,染色质免疫沉淀反应(芯片)其次是PCR、和其他主要技术表明干扰素γIFNGR1 JAK1和JAK2和STAT1α都出席了气体元素的基因激活干扰素吗γ。我们最初专注于干扰素的作用γNLS IFNGR1易位到核(8,9,31日,35]。我们证实细胞用干扰素治疗γ或内化干扰素γ糖肽干扰素γ(95 - 132)导致IFNGR1易位细胞核和干扰素γNLS要求(8,9,31日,35]。我们下一个显示STAT1激活α(pSTAT1α)和激活木菠萝pJAK1 pJAK2,还要求NLS的干扰素γ核易位,所有复杂的干扰素γ/ IFNGR1 pSTAT1α/ pJAK1 pJAK2 [8,9,31日,35]。我们表明,复杂的扮演了一个至关重要的角色,协调事件的特定基因激活和相关的表观遗传学。因此,STAT1α不过是一个收集的关键球员在特定的基因激活干扰素等细胞因子γ。参见图3(一个)干扰素的插图γ事件。
(一)
(b)
我们同样分析了I型干扰素系统中的信号。使用相同的方法与特定芯片的使用PCR,免疫沉淀反应,共焦显微镜,我们显示pSTAT1协会α,IFNAR2 IFNAR1和TYK2 ISRE元素oligoadenylate合成酶1 (OAS1)启动子的干扰素α2细胞治疗[29日]。这样的协会当时没有显示β干扰素治疗后肌动蛋白启动子的I型干扰素不激活β肌动蛋白基因。参见图3 (b)干扰素的插图α事件。
正如前面指出的,野生型和突变JAK2功能都显示出现在细胞核13]。具体来说,持续激活JAK2V617F显示上使组蛋白H3磷酸化酪氨酸41 (H3pY41)抑制剂HP1造成分裂αH3。这是染色质重塑常染色质的关键结果导致基因激活。JAK2V617F突变与特定的血液紊乱有关,这表明表观遗传效应包括交互相关的血液学的受体。这是我们认为的一个模型是解释和预测机制。在这方面,这是表明JAK2V617F协会homodimeric I型细胞因子受体,促红细胞生成素受体(EpoR),促血小板生成素受体,或粒细胞集落刺激因子受体,是必要的诱导白血病转化表型(36,37]。是否受体/ JAK2V617F复合物出席了启动子的基因被激活癌症引起的或与JAK2V617F没有解决。这是我们认为造血受体激活JAK2V617F在细胞质中并不足以诱导H3pY41磷酸化JAKV617F特别的基因被激活,我们没有意识到JAK2V617F拥有这样的内在属性。因此,除了激活JAK2V617F,受体也colocalize激酶的特定的启动子在细胞核中。这些结果与哺乳动物系统之前类似的观察造血的果蝇模型肿瘤,包括果蝇HPI在突变木菠萝的抑制作用与抑制肿瘤(38]。重要的是,它提供了一个解释这些JAK2V617F的表型相关的癌症。
也许最有趣的发现我们的干扰素信号不在经典里的方法是与核pJAK2和pSTAT1 H3pY41协会αIRF-1启动子的细胞用干扰素治疗γ(35],H3pY41协会与核TYK2 pSTAT1 OAS1启动子的细胞用干扰素治疗α(29日]。基因如β肌动蛋白,不激活干扰素,负相关木菠萝和统计数据29日,35]。事实上,干扰素α相关TYK2可以使磷酸化Y41对H3磷酸化并不局限于JAK2的证据。在这方面,突变JAKV617F似乎是一个更一般的过程的一个特例。关键不仅仅是特定的木菠萝还特定细胞因子、生长因子、激素木菠萝的活化剂。
问题出现的木菠萝的意义归纳H3pY41核小体瞬态展开,这样的复合物等因素中的研究可以参与DNA转录。具体地说,它表明H3pY41增加核小体展开和转录因子结合的几倍(39,40]。H3在赖氨酸56,H3K56位于H3Y41 DNA-histone界面一样。乙酰化H3K56 H3K56ac,同样增加了核小体展开。然而,H3pY41和H3K56ac乘法效应和打开增加了17倍。得出结论,结合磷酸化和乙酰化作用显著增加DNA可访问性监管转录复合体。
膜受体的运动后细胞核内吞作用并不是一个罕见的异常仅限于一些奇怪的干扰素的结果。相反,有大量的质膜受体后,把核配体/受体的相互作用。Polycationic nls几乎无处不在的细胞因子受体的配体,或两者兼而有之(41]。大部分的膜受体,原子核的流量往往通过JAK / STAT信号通路(41]。受体酪氨酸激酶(rtk)如表皮生长因子受体(EGFR),纤维母细胞生长因子受体(FGFR)、血管内皮生长因子(VEGFR),生长激素受体(GHR)和胰岛素受体是众所周知的生长因子已被证明同样接受核易位与配体(42,43]。G protein-coupled受体(GPCR)涉及肽配体如血管紧张素也被发现在细胞核44]。表皮生长因子受体是第一个RTK上映cotranscription因素(45]。
相当大的工作也已完成核运输膜受体机制。我们表明,内化干扰素γ必将IFNGR1的胞质域,但挑战是解读机制(图2)。部分我们已经解决这个问题,我们表明,IFNGR1和脂质microdomain IFNGR2是中央的内吞作用中的有关信号通路(28]。IFNGR1的胞质域内吞作用的囊泡是暴露于细胞质胞内注入特定于干扰素抗体γ糖基核易位以及STAT1阻塞α激活时,抗体没有影响核STAT1的积累α在细胞与干扰素治疗α(31日]。逆行贩卖从细胞表面受体酪氨酸激酶EGFR到细胞核也已经有了很广泛的研究(46,47]。EGF诱导内吞作用后,表皮生长因子受体的内吞作用的囊泡与早期核内体融合交通高尔基。逆行性交易被brefeldin或主导负突变体的小GTPaseARF (ADP-ribosylation因素)。的治疗导致拆卸COPI(外套蛋白复合物I)被解释为COPI监管逆行水泡贩卖从高尔基体表皮生长因子受体ER(内质的内皮)[46]。所需的Sec61易位子被证明是贩卖ER进入细胞核的表皮生长因子受体(47]。Epigenetically,表皮生长因子受体已被证明通过酪氨酸的磷酸化调节DNA合成和修复在组蛋白H4残渣H4Y72与增强的甲基化在H4甘蓝型[43]。因此,一个关键的表观遗传上有特定的机械数据事件与表皮生长因子受体的激活有关。核易位和一些表观遗传机制的影响也同样出现在其他rtk (48,49]。
5。结论
Receptor-associated酪氨酸激酶等木菠萝和rtk如表皮生长因子受体在细胞核中可能是关键球员在正常和异常的细胞活动。我们不在经典里的木菠萝干扰素信号模型,受体,和统计物理相关显著细胞因子信号的解析遗传和表观遗传方面。JAK2V617F造血相关癌症是更好的理解上下文中的JAK2V617F连杆与受体如EpoR核激活和特定的功能。同样属于rtk激酶受体的一部分。不在经典里的信号模型应提供洞察调节体内平衡和nonhomeostatic细胞过程。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。