文摘
哮喘是一种炎症性疾病中促炎细胞因子的诱导作用异常发展的气管平滑肌功能和气道高反应性。炎性细胞因子改变钙(Ca2 +)信号和气管平滑肌的收缩,导致非特异性气道高反应性受体激动剂。在这种背景下,Ca2 +监管机制在气管平滑肌和改变这些监管机制包含气道高反应性的重要组成部分。虽然动态Ca2 +监管是复杂,磷脂酶C /肌醇三磷酸酯(PLC / IP3)和CD38-cyclic ADP-ribose (CD38 / cADPR)两个主要途径调解agonist-induced Ca2 +监管在气道平滑肌。改变CD38表达式或增强循环ADP-ribosyl环化酶活性与CD38导致人类疾病如哮喘、肿瘤、神经免疫疾病。本文重点是调查的角色CD38-cyclic ADP-ribose信号在气管平滑肌在转录和转录后的调控CD38的表达式。转录因子的具体角色NF-kB和AP-1 CD38表达和转录调控的microrna mir - 140 - 3 - p和mir - 708在这种监管的转录后的调控和底层机制进行了讨论。
1。介绍
哮喘是一种炎症性疾病中促炎细胞因子的诱导作用异常气管平滑肌(ASM)功能和(AHR)气道高反应的发展。气道平滑肌从哮喘患者获得不同于平滑肌获得健康受试者(1]。炎性细胞因子改变钙(Ca2 +ASM)信号传导和收缩性,导致气道高反应性非特异性受体激动剂(2- - - - - -4]。ASM的ASM质量和高度收缩增加反应在哮喘受试者在哮喘发作导致气道狭窄(5]。哮喘的分子发病机制包括调制的表达、活动或敏感的细胞内信号分子和效应在ASM的目标细胞。基因表达的研究从轻度过敏性哮喘患者气道活检显示增加收缩蛋白的表达和蛋白质参与这些蛋白质的规定,导致更快的肌动蛋白丝推进速度和(气道高反应性6]。此外,ASM哮喘病患者的细胞增殖以更高的速度和耐antimitogenic糖皮质激素的影响,分泌趋化因子,达到hypercontractile表型(7- - - - - -9]。在这种背景下,Ca2 +监管机制在ASM和改变这些监管机制包括气道高反应性的重要组成部分。虽然动态Ca2 +监管是复杂,磷脂酶C /肌醇三磷酸酯(PLC / IP3)和CD38-cyclic ADP-ribose (CD38 / cADPR)两个主要途径调解agonist-induced Ca2 +ASM的监管。我们将集中讨论CD38 / cADPR途径综述。
的CD38基因编码一种糖化~ 45 kDa II型跨膜蛋白的酶活性产生cADPR和腺苷diphosphoribose NAD (ADPR)+和烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAADP)辅酶ii+。cADPR和NAADP调节Ca2 +信号和平滑肌细胞的收缩性2]。细胞外ADP-ribosyl环化酶的活性CD38导致代cADPR以外的细胞被认为通过细胞膜进入细胞通道CD38形成的二聚体或connexin-43 [10,11]。有趣的是,最近的研究提供了证据类型III CD38的表达人类多发性骨髓瘤细胞中分子的催化域胞质和胞质可以调节(12]。此外,定点诱变的阳离子氨基酸残基伴地区CD38的结果从混合物中转换的类型II和III型取向主要类型III。类型III的重组表达CD38不等的细胞系统中导致细胞内浓度的海拔cADPR [13]。类型III CD38是否表达了对ASM膜及其贡献cADPR-mediated钙释放需要额外的调查。
使用药物和基因的方法在人类细胞和组织,以及小鼠哮喘模型,我们演示了ASM Ca CD38-cADPR的贡献2 +信号传导和收缩性。气道细胞从CD38淘汰赛(CD38KO)小鼠表现出细胞内钙减毒2 +([Ca2 +]我)反应受体激动剂(2)和methacholine-induced CD38KO小鼠气道反应是低于野生型小鼠(WT)。变更CD38表达和/或调制与CD38导致相关的酶活性改变2 +信号和ASM的收缩性。在小鼠哮喘模型中,我们展示了allergen-induced气道炎症和AHR CD38的角色。CD38KO小鼠气道高反应性开发减毒过敏原后,IL-13或TNF -α挑战(14- - - - - -16]。重要的是要注意,CD38也表达在免疫细胞中重要的体液和细胞免疫反应在哮喘17]。调整CD38KO WT骨髓的小鼠后部分恢复WT气道表型过敏原致敏和挑战18]。这表明CD38+炎症细胞的招募进入肺部后过敏原挑战足以传授WT气道CD38KO小鼠的表型。这些发现暗示CD38的病理生理学哮喘。CD38牵连其他人类疾病包括神经炎症疾病,肾功能障碍,肿瘤疾病,病毒感染(呼吸道合胞体病毒)19- - - - - -22]。
炎性细胞因子如IL-13和TNF -α与哮喘,增强CD38表达和cADPR-mediated Ca2 +ASM的释放,增加收缩性。ASM细胞获得受试者死于哮喘或主题的一集有稳定的哮喘病史的显示显著增强表达CD38(包括转录和蛋白质)到低浓度的TNF -α从nonasthmatics相比,细胞中的表达5]。这很重要因为TNF -α轴有一个角色在耐火材料是目前治疗哮喘,和TNF -α水平支气管肺泡灌洗(BAL)流体上升严重哮喘患者(23- - - - - -26]。这些观察结果共同表明CD38的能力/ cADPR信号(Ca2 +]我监管和ASM明显更大的收缩性哮喘ASM细胞比细胞来源于nonasthmatic科目。这可能出现由于改变CD38表达和/或调制与CD38相关的酶活性。因此,我们已经检查了转录和转录后的调控表达CD38的人类ASM细胞从哮喘患者和健康者。具体地说,一些转录因子的作用和microrna表达CD38的规定在这些研究检查了。值得注意的是,CD38的贡献(Ca2 +]我监管和底层的这种监管机制已经在几个以前的出版物和将不考虑解决。本文将关注各种转录因子的作用和具体监管的microrna CD38表达式在ASM(图1)。
2。CD38组织,基因多态性和人类疾病
在人类和小鼠,基因编码CD38 (CD38,人类;cd38、鼠标)本地化染色体4和5,分别为(27]。CD38多肽是由长度> 80 kbp基因编码组成8外显子,超过98%被intronic序列表示。我们已经克隆启动子区域CD38(Acc)。DQ091293数量)和序列分析揭示了假定的NF -κB AP-1 C / EBPβ,糖皮质激素的反应元素(GRE)和雌激素反应主题(28]。诱导元素发表在5基因内区1月底。此外,据报道,内含1 DR5重复,类维生素a酸反应元素,和一个~ 900 bp CpG岛与外显子1和5基因内区1月底(29日]。绑定Sp1的CpG主题似乎保持它处于unmethylated状态,这允许组成型表达CD38的细胞。这些响应元素和transactivating监管中的序列CD38基因转录监管允许的多样的因素和机制(29日- - - - - -31日]。在不同的细胞类型,对维甲酸诱导的CD38表达式是通过维甲酸反应的元素位于内含子1CD38基因(32]。单核苷酸多态性在监管或蛋白质编码区域CD38可能改变CD38的表情。多态性的基因内区1人CD38被描述(27]。没有或存在Pvu二世网站定义了两个等位基因,CD38 等位基因和CD38 B等位基因。费列罗等。已经确定了,在意大利白人人口CD38 B等位基因似乎更频繁CD38 一个等位基因27]。冈本的小组也描述的第4外显子的突变CD38在某些科目与II型糖尿病(33]。CD38涉及催产素信号通路,这个基因的单核苷酸多态性与低血清催产素水平相关的自闭症谱系障碍(ASD)患者(19,34,35]。催产素的干扰信号与ASD的特点有关,包括沟通和社会行为障碍,基于动物研究。多态性是否CD38人类基因与哮喘仍有待确定。在这种背景下,最近的一份报告已经确认自闭症个体和哮喘的继承了母亲删除4 p15.32导致BST1-CD38融合成绩单(36]。这是第一个报告描述重组涉及CD38 ASD患者或删除。
3所示。监管CD38 ASM细胞中表达:转录的作用机制和信号串扰
在先前的研究中,我们展示了增强CD38表达式,ADP-ribosyl环化酶活动,cADPR生产,(Ca2 +]我反应在人类ASM细胞受体激动剂IL-13和TNF -α(2- - - - - -4,15,16]。炎性细胞因子对表达CD38的影响和人类ASM cADPR-mediated钙释放细胞已经被其他研究者研究[37- - - - - -41]。这些数据表明,CD38表达式是由细胞因子在ASM细胞(图1)。大量研究明确表明炎症的核心作用和Th2细胞因子在哮喘42]。此外,老鼠的挑战与IL-13或TNF -鼻内α明显表现出更大的气道炎症,平衡细胞因子水平,增强methacholine-induced气道阻力的变化。这些航空公司的变化显著的减毒CD38KO老鼠相比WT老鼠的反应。这些观察结果强烈表明CD38的病理生理学哮喘小鼠模型和IL-13和TNF -α改变ASM函数(43- - - - - -45通过CD38]部分中。
证据表明TNF -α过敏性呼吸道疾病的发病机理来自下面的观察。人体临床试验与anti-TNF -α-immunomodulators(栏)和anti-TNF -α单克隆抗体(英夫利昔单抗)表明,TNF-α耐火材料在哮喘的发病中扮演重要角色,糖皮质激素(42]。TNF-α分泌后过敏原在过敏性哮喘患者(即更高的挑战。,asthmatics with allergy) than in nonatopics (asthmatics with no clearly defined allergy) [46,47]。雾化TNF -α人类志愿者事业(气道高反应性48- - - - - -50]。体外组织研究表明,肿瘤坏死因子-α治疗增加收缩性和Ca2 +信号在ASM细胞(15]。肿瘤坏死因子的影响α在corticosteroid-resistant哮喘可能由直接影响改变的动力2 +受体激动剂反应,从而ASM的收缩性。肿瘤坏死因子-α诱发ASM细胞合成和释放引发和eotaxin上调粘附分子的表达,炎症介质的受体,生长因子(51,52]。5多态性肿瘤坏死因子基因的翻译区(g - 308 a),称为TNF - 308 GG基因型,与炎症相关疾病包括哮喘(53]。
我们也观察到,在细胞因子参与哮喘,TNF -α导致ASM CD38表达最大的感应细胞(3,5]。此外,一个与TNF -鼻内的挑战α导致显著增加气道阻力methacholine-induced WT但不是CD38KO老鼠(15]。因此,我们研究了表达CD38的规定从哮喘气道细胞获得健康的人体,以识别信号中间体参与这个过程,识别潜在的治疗靶点。其他研究者已经证明,CD38表达式改变由I型干扰素等细胞因子和脂多糖(LPS)在许多其他细胞类型包括上皮细胞、肾细胞、巨噬细胞和其他免疫细胞(19,22]。
序列分析的3 kb假定的CD38启动子片段(加入Gen-Bank DQ091293)从人类红血球生成的克隆细胞系(K562细胞)在我们实验室显示绑定网站NF -κB、AP-1和糖皮质激素受体(GR)。确定CD38表达在人类ASM细胞受TNF -α和GRE考试,我们测量了绑定的转录因子和GR各自假定的网站在这个启动子区域(28,54]。我们的研究结果表明TNF -α导致增加绑定NF -κB站点和3的6假定AP-1网站。定点诱变AP-1网站,表现出很强的约束力的核蛋白质(AP-1网站4)或NF-κB网站取消引起的启动子的激活TNF -α。监管CD38基因也被调查的人类骨髓细胞(32]。在这些细胞,CD38表达式是由视黄酸通过维甲酸诱导响应元件位于第一个内含子的CD38基因。为其他转录因子响应元素,包括AP-1,描述了在成骨细胞和破骨细胞31日,在这些细胞系,TNF -α全身的激活的CD38启动子片段需要一个完整的AP-1网站。
糖皮质激素广泛应用于炎症气道疾病的管理(55,56]。糖皮质激素的作用机制是复杂的,涉及转录因子,包括NF -κB (56,57]。糖皮质激素地塞米松增加绑定4 GR - 3的假定的GRE网站内CD38启动子和废除了启动子的激活诱导肿瘤坏死因子-α(28,54]。这些结果表明TNF -α通过NF -调节CD38表达转录κB和AP-1(图1),和糖皮质激素可能降低这个表达式绑定内格蕾丝CD38启动子和/或也减少NF-κB——AP-1-mediated转录(28,54]。有趣的是,Tliba等人证明了人类ASM TNF-αCD38增加效应细胞糖皮质激素治疗不敏感,而这类固醇阻力包括干扰素调节因子的作用和糖皮质激素受体(IGF) 1β(GR -β()对碘氧基苯甲醚38,58]。
增殖的机制(MAP)激酶调节基因表达的变化是复杂的,涉及到一些蛋白质和转录因子的相互作用。ASM细胞,MAPKs调节的基因表达的变化,通过胞内蛋白的磷酸化,包括转录因子和肿瘤坏死因子-α引起的激活MAPKs, p38,物,和ERK1/2,导致监管的各种基因的表达兴奋收缩偶联(59- - - - - -65年]。NF -κB介导肿瘤坏死因子的影响α在ASM和其他细胞类型。抑制促炎基因的转录启动子区域内糖皮质激素包括绑定到格蕾丝与转录因子,通过交互。对的相互作用通过AP-1和NF - GR和监管κB,证据支持直接的蛋白质之间的相互作用,而非抑制转录因子各自响应元素的绑定(66年- - - - - -71年]。GR结合独联体表演元素和反式代理绑定这些因素对于一个完整的糖皮质激素的反应至关重要。糖皮质激素的抗炎作用可能不同于对基因转录的影响和可能涉及的MAPK通路。糖皮质激素诱导双特异性磷酸酶的表达1 (DUSP1),也称为MAPK磷酸酶1 (MKP-1) [60,61年,72年- - - - - -74年]。去磷酸化激活和失活MAPKs MKP-1原因。因此,MKP-1感应被认为是一个重要的抗炎作用的糖皮质激素。MAPKs也调节几个促炎细胞因子mrna的稳定性。我们有系统地检查了MAP激酶的作用,糖皮质激素在肿瘤坏死因子-α在人类细胞介导CD38表达式。我们还研究了是否表达CD38的微分诱导哮喘ASM细胞可以归因于微分MAP激酶的活化。暴露在肿瘤坏死因子-α引起了快速三MAP激酶的磷酸化。地塞米松降低TNF -α全身的MAP激酶的磷酸化和增加MKP-1表达式。这些影响表达CD38的地塞米松导致显著的衰减。此外,在细胞转染MKP-1-specific小干扰rna,有明显的衰减MKP-1表达和部分逆转地塞米松抑制CD38的表情。这些发现表明,监管CD38表达人类ASM细胞糖皮质激素包括减少信号通过MAP激酶和转录因子的激活。糖皮质激素影响抑制表达CD38涉及转录和转录后的机制,后者通过变更记录的稳定性。在人类ASM细胞,p38和ERK MAPKs参与CD38成绩单稳定,而物MAPK参与转录调节CD38的表情。3UTR CD38 mRNA包含/ U丰富的元素和他们的角色在CD38 mRNA稳定性还有待确定。
Phosphatidylinositol-3激酶/ Akt通路(PI3激酶)是一个关键组成部分的胞内信号通路激活细胞因子,生长因子,糖皮质激素在ASM细胞(75年,76年]。绑定的肿瘤坏死因子-αTNFR1导致NF -的激活κB和MAPK信号通路诱导的结果CD38基因(63年,77年]。我们已经检查了PI3激酶的作用CD38的规定表达和功能在人类ASM细胞(78年]。因为我们先前的研究显示,一个微分感应TNF的表达CD38 -α在ASM细胞来源于哮喘受试者,我们确定pi3k是否参与这个微分归纳。细胞治疗pan-PI3K抑制剂或类I-selective isoform-selective PI3K和不使用TNF抑制剂-α。在其他的研究中,我们用催化地转染的细胞活性形式的PI3K PTEN或不属预定目标的p110 isoform-targeting siRNAs之前暴露于TNF -α并测量CD38表达式,ADP-ribosyl环化酶活动,和Akt激活,NF -κB, AP-1。肿瘤坏死因子-α全身CD38表达、酶活性和Akt激活pan-PI3K抑制剂所抑制。Akt激活P110由瞬时转染表达增加,基底和TNF -α全身CD38表达式,PTEN表达减弱Akt激活和CD38的表情。沉默p110α或-δ由siRNAs同种型TNF -减少造成的α全身CD38表达式在哮喘和nonasthmatic ASM细胞比较级。此外,PI3K抑制剂对NF -没有显著影响κB或AP-1激活。这些结果表明在人类ASM细胞,调节CD38表达式是通过类我PI3K亚型介导,但PI3K信号可能不参与CD38的微分诱导哮喘ASM细胞。
除了上述CD38的ASM调节的机制,也有证据表明激素调节平滑肌。在这种背景下,我们之前报道的雌激素调节CD38表达在子宫肌层平滑肌79年- - - - - -81年]。在切除卵巢的老鼠用雌激素治疗,有增强表达CD38的子宫肌层相比,表达控制老鼠。此外,当我们比较CD38表达在子宫肌层获得未到期老鼠,有明显表达术语大鼠子宫肌层相比,早产大鼠子宫肌层的表达式。CD38表达早产子宫肌层与表达在子宫肌层从切除卵巢的老鼠获得或切除卵巢的老鼠与雌激素和孕激素治疗。子宫肌层的增强表达CD38的老鼠或切除卵巢的老鼠接受雌激素与增强ADP-ribosyl环化酶而不是cADPR水解酶的活动,建议一个微分监管涉及的蛋白质转译后的修改。然而,这转译后的监管CD38的本质不是目前已知酶活动。其他激素可能参与ADP-ribosyl活动的监管包括倍他米松和甲状腺素。与甲状腺素治疗肾细胞增强ADP-ribosyl环化酶和cADPR生成,导致肾毒性82年]。视黄酸的作用在调节CD38表达式和cADPR水平在许多细胞类型已被广泛研究[32,83年]。羊模型中倍他米松,另一种激素,服用产前高血压导致CD38表达增加,有助于产后建议CD38的潜在增加效应在外周血管阻力84年]。
4所示。转录后的调控表达CD38:小分子核糖核酸的作用(microrna)
microrna在非编码~ 22 nt的rna转录后的调控的核心作用在其他炎症和细胞功能相关基因的表达(85年- - - - - -89年]。microrna调节基因的表达不稳定的成绩单或平移镇压[90年]。证据的作用,呼吸道疾病,如哮喘、慢性阻塞性肺病、特发性肺纤维化(91年,92年]。miR-21似乎在Th1 / Th2免疫反应的抗原,暗示在过敏性哮喘的发病机制中的作用。其他调查显示let-7和mir - 155规范IL-13信号和mir - 133 RhoA表达式,从而突出其潜在作用在气道炎症和(气道高反应性85年- - - - - -88年]。基于网络的目标预测算法被用来确定潜在的microrna的响应元素CD38 3′未翻译区(3UTR)。虽然目标预测导致3中的几个潜在的microrna的目标的识别UTR,定量rt - pcr显示表达mir - 140 - 3 - p和mir - 708。因此,我们选择检查这两个microrna的贡献人类ASM CD38表达细胞的转译后的监管。我们采用荧光素酶记者化验确定mir - 140 - 3 - p和mir - 708绑定CD383UTR。在人类ASM细胞转染mir - 140 - 3 p或者mir - 708模拟CD38 mRNA表达和ADP-ribosyl环化酶活动明显减弱而表达和酶活性在细胞转染控制寡核苷酸。定点诱变的microrna的结合位点CD38 3UTR扭转引起的荧光素酶活性的抑制microrna的模仿。然后决定是否从哮喘气道CD38的微分感应细胞可以归因于微分感应microrna的表达。暴露在肿瘤坏死因子-α导致减少mir - 140 - 3 - p的表达和mir - 708细胞从哮喘患者和nonasthmatics比较级。此外,稳定的超表达CD38的成绩单是一成不变的microrna。CD38表达的这些发现表明,减少可能出现在很大程度上从间接机制和表达CD38的微分诱导哮喘ASM细胞可能不是归因于不同的miRNA级别后暴露在TNF -α(93年,94年)(图1)。
先前的研究表明,MAP激酶参与人类ASM细胞表达CD38的规定。因此,我们研究了激活MAPKs转染后的细胞microrna。细胞中转染mir - 140 - 3 - p模仿,有降低TNF -α全身的激活p38 MAPK和NF -κb .另一方面,mir - 708转染造成减少物MAPK激活和Akt激活。转染mir - 708也导致感应MKP-1和PTEN,磷酸酶参与去磷酸化MAPKs和PI3K信号,分别是(94年]。之前的报告提供了证据PTEN表达式在某些癌细胞受microrna [95年,96年]。例如,mir - 221和mir - 222抑制PTEN表达式通过绑定到3UTR,击倒这些microrna的增加PTEN表达式。此外,监管PTEN表达在这些癌症细胞有直接影响肿瘤细胞增殖,迁移和入侵。有证据显示,PI3K / Akt信号通路有重大贡献ASM扩散在哮喘患者75年,76年]。因此,我们假设通过调节PTEN的表达,从而PI3K / Akt信号通路,mir - 708可能对细胞增殖产生深远影响和气道重塑。这些研究结果强烈表明,间接机制参与的行为microrna表达CD38的监管和控制气道炎症和ASM增殖。
5。结论
本文概述了转录和转录后的调控机制在ASM CD38表达式和函数。使用promoter-luciferase转染系统和定点诱变方法,我们演示了NF -的至关重要的作用κB和AP-1转录因子在这样的监管。细胞因子和类固醇激素调节(糖皮质激素、性类固醇)表达CD38 ASM。我们研究CD38表达在子宫肌层显示雌激素调控和抑制孕酮的表达式。此外,在妊娠期间,CD38表达在子宫肌层保持在比较低的水平,直到非常接近学期雌激素,孕激素的比例很高。这些研究的一个有趣的观察是,estrogen-mediated增强表达CD38引起微分调节酶的催化活动,这个不是定义良好的机制。在人类的ASM细胞从致命的哮喘患者,肿瘤坏死因子-α诱发明显的感应CD38表达相比,表达细胞获得nonasthmatic科目。这个微分诱导表达CD38表明cADPR-mediated钙调控能力明显大于哮喘气道平滑肌细胞相比,细胞健康的主题。在这种背景下,我们以往的研究表明,暴露在TNF -α结果大大增强呼吸道吸入乙酰胆碱后的响应比CD38KO WT老鼠。此外,CD38KO老鼠无法开发一个哮喘气道后表型与过敏原致敏和挑战以及与IL-13鼻内的挑战之后,Th2细胞因子参与哮喘的发病机制。我们最近的研究表明,骨髓转移WT老鼠CD38KO老鼠后部分恢复WT表型过敏原致敏和挑战。这些发现支持这一概念,CD38表达式在气道结构细胞和炎症细胞招募了过敏原后进入肺部的挑战都是哮喘表型的发展的关键。调查CD38表达的转录后的调控提供依据两个特定microrna在这样的监管。机制mir - 140 - 3 - p和mir - 708调解表达CD38的抑制作用是不同的。而mir - 140 - 3 - p CD38的差别影响对这些基因的表达在人类ASM细胞介导通过抑制p38 MAPK和NF -κ激活,mir - 708的影响效应是通过抑制物MAPK和PI3K激活,后者由PTEN的表达增加。失调的这两个microrna的表达应该对CD38表达式和气道功能产生深远的影响。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。
确认
Mathur Kannan和迪帕克·a·Deshpande收到支持通过从美国国立卫生研究院的资助。