張譯月教授課題組在Journal of Biological Chemistry發(fā)文，揭示Runx1在中性粒細(xì)胞成熟過(guò)程中的調(diào)節(jié)機(jī)制
來(lái)源：中國(guó)斑馬魚信息中心；撰文?|?黃志斌
中性粒細(xì)胞作為血液中最豐富的吞噬細(xì)胞，是先天免疫系統(tǒng)中必不可少的第一道防線。成熟的中性粒細(xì)胞在殺滅和消化病原體、對(duì)損傷做出反應(yīng)和介導(dǎo)炎癥反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用，它們最早到達(dá)損傷和炎癥部位，具有很強(qiáng)的趨化性和吞噬功能，在感染時(shí)趨化至感染部位，依賴豐富的顆粒酶、活性氧、中性粒細(xì)胞外誘捕網(wǎng)等殺滅外來(lái)物質(zhì)[1]。中性粒細(xì)胞的定向分化、發(fā)育和成熟是一系列復(fù)雜而有序的動(dòng)態(tài)過(guò)程，要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控才能得以實(shí)現(xiàn)。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生錯(cuò)誤，都將引起中性粒細(xì)胞的數(shù)量、分布和功能異常，從而引起各類血液疾病，如先天性中性粒細(xì)胞減少癥（congenital neutropenia，CN）、白細(xì)胞黏附缺陷（leukocyte adhesion deficiency，LAD）、慢性肉芽腫（chronic granulomatous disease，CGD）、骨髓增生異常綜合癥（Myelodysplastic syndrome，MDS）和白血病等[2-5]。因此，了解中性粒細(xì)胞如何正常分化為功能成熟細(xì)胞及遷移到損傷或炎癥部位并發(fā)揮正常吞噬殺傷功能將有助于開發(fā)治療中性粒細(xì)胞相關(guān)疾病的新治療策略。
在造血過(guò)程中，RUNX1參與造血干細(xì)胞的形成有大量報(bào)道 [6,?7]。RUNX1在巨噬細(xì)胞/中性粒細(xì)胞的命運(yùn)決定[8]以及巨核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的成熟過(guò)程[9-11]中也發(fā)揮了重要作用。此外，值得注意的是，RUNX1是各種血液系統(tǒng)惡性腫瘤中最常見的突變基因之一，如急性髓系白血?。ˋcutemyeloid leukemia，AML）和家族性血小板疾病(Familialplatelet disease,FPD) [12,13]。RUNX1突變?cè)诙喾N血液學(xué)惡性腫瘤中的高發(fā)生率為其在血液譜系發(fā)育中的重要作用提供了有力證據(jù)。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了50多個(gè)影響RUNX1功能的染色體易位，其中大多數(shù)導(dǎo)致髓系細(xì)胞成熟停滯甚至進(jìn)展為白血病[14]。雖然RUNX1在造血發(fā)育和血液惡性腫瘤中有大量報(bào)道，但RUNX1在中性粒細(xì)胞成熟和髓系白血病發(fā)生和發(fā)展中的機(jī)制和靶基因，以及如何將它們用于開發(fā)針對(duì)這類患者的潛在靶向治療是目前亟需回答的問(wèn)題。
2021年1月9日，醫(yī)學(xué)院張譯月課題組在 Journal of Biological Chemistry 在線發(fā)表了題為“Runx1 regulates zebrafish neutrophil maturation via synergistic interaction with c-Myb”的研究論文。該研究以斑馬魚為模式生物，研究Runx1在體內(nèi)的作用及其與c-Myb在調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞成熟中的相互作用。通過(guò)遺傳和生化分析，他們發(fā)現(xiàn)Runx1在中性粒細(xì)胞成熟過(guò)程中與c-Myb通過(guò)協(xié)同激活一系列中性粒細(xì)胞成熟相關(guān)基因來(lái)控制發(fā)育過(guò)程。
成熟中性粒細(xì)胞的特征是細(xì)胞質(zhì)中有豐富的顆粒，可被蘇丹黑B（SB）特異性染色[8, 15]。與原始髓系過(guò)程中c-myb-/-突變體的表型相似[16]，runx1-/-突變體在受精后36小時(shí)（36 hpf）SB+中性粒細(xì)胞數(shù)量[8]和信號(hào)強(qiáng)度均減少（圖1A-D）。使用微分干涉相差顯微鏡（DIC）[17]也可以在活體狀態(tài)下觀察到runx1-/-突變體中中性粒細(xì)胞顆粒相比對(duì)照組減少（圖1E-F, E'-F'和G-I）。另外，成熟和未成熟的中性粒細(xì)胞也可以通過(guò)May-Grunwald Giemsa染色來(lái)定量分析（圖1J-K）。這些數(shù)據(jù)表明斑馬魚的中性粒細(xì)胞受到runx1突變的影響。
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圖1?runx1突變影響中性粒細(xì)胞成熟
為了確定runx1與c-myb在中性粒細(xì)胞成熟中的作用，他們比較了runx1和c-myb單突變體與c-myb、runx1雙突變體的中性粒細(xì)胞表型。當(dāng)一個(gè)c-myb+/-等位基因被引入runx1-/-時(shí)，SB染色和DIC觀察實(shí)驗(yàn)均表明c-myb+/-;?runx1-/-引起更多的不成熟的特點(diǎn)（圖2A-B）。為了確定c-Myb和Runx1的協(xié)同調(diào)控是否對(duì)中性粒細(xì)胞功能產(chǎn)生生物學(xué)影響，他們檢測(cè)了各組中性粒細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的殺滅率。正如預(yù)期的那樣，c-myb+/-的加入進(jìn)一步削弱了runx1-/-對(duì)細(xì)菌的殺滅活性。與哺乳動(dòng)物類似，斑馬魚的中性粒細(xì)胞成熟也需要正常產(chǎn)生中性粒細(xì)胞顆粒相關(guān)蛋白和消化酶，如Lyz、Mpx、Npsn和Srgn [18, 19]。當(dāng)引入c-myb+/-時(shí)，runx1-/-突變體中lyz+細(xì)胞進(jìn)一步減少，同樣，?mpx、npsn和srgn也進(jìn)一步減少（圖2C-F）。
圖2?c-myb和runx1協(xié)同調(diào)控中性粒細(xì)胞成熟
對(duì)以上四個(gè)基因的啟動(dòng)子調(diào)控區(qū)進(jìn)行了分析，通過(guò)ChIP-PCR和GFP熒光報(bào)告實(shí)驗(yàn)表明這些中性粒細(xì)胞特異性基因分別受到c-Myb和Runx1的直接調(diào)控。而免疫共沉淀（Co-IP）實(shí)驗(yàn)則表明Runx1和c-Myb可通過(guò)相互結(jié)合來(lái)發(fā)揮作用。?
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圖3 c-Myb和Runx1通過(guò)相互結(jié)合共同促進(jìn)中性粒細(xì)胞特異性基因轉(zhuǎn)錄
綜上所述，活體實(shí)驗(yàn)及生化實(shí)驗(yàn)表明Runx1的在中性粒細(xì)胞成熟過(guò)程中的調(diào)節(jié)機(jī)制（圖4）。這項(xiàng)研究將提高我們對(duì)RUNX1在中性粒細(xì)胞相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
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圖4 斑馬魚中c-Myb和Runx1調(diào)控中性粒細(xì)胞發(fā)育的模式圖
醫(yī)學(xué)院黃志斌副教授和博士生陳克敏同學(xué)為該論文共同第一作者，張譯月教授為論文通訊作者。該項(xiàng)目獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFA0800200，2018YFA0801000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31922023）、廣東省高等學(xué)校珠江學(xué)者崗位計(jì)劃資助（2019）等項(xiàng)目資助。據(jù)悉，該研究涉及的部分斑馬魚品系將保藏至國(guó)家水生生物種質(zhì)資源庫(kù)國(guó)家斑馬魚資源中心。
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