El regulador epigenético ligado al cromosoma X UTX controla las diferencias sexuales intrínsecas de las células NK
Dec 27, 2023
Los resultados de las infecciones virales están sesgados según el sexo, siendo los hombres generalmente más susceptibles que las mujeres. Paradójicamente, la cantidad de células asesinas naturales (NK) antivirales aumenta en los hombres. Demostramos que, si bien el número de células NK aumenta en ratones macho, muestran una función efectora disminuida en comparación con las hembras en ratones y humanos. Estas diferencias no dependían únicamente de las hormonas gonadales, porque persistieron en ratones gonadectomizados. Kdm6a (que codifica la proteína UTX), un regulador epigenético que escapa a la inactivación de X, fue menor en las células NK masculinas, mientras que la deficiencia intrínseca de UTX en las células NK en ratones hembra aumentó el número de células NK y redujo las respuestas efectoras. Además, los ratones con deficiencia intrínseca de UTX de células NK mostraron una mayor letalidad para el citomegalovirus de ratón. El análisis multiómico integrador reveló un papel fundamental para UTX en la regulación de la accesibilidad a la cromatina y la expresión genética crítica para la homeostasis y la función efectora de las células NK. En conjunto, estos datos implican a UTX como un determinante molecular crítico de las diferencias sexuales en las células NK.
Existen diferencias sexuales evolutivamente conservadas tanto en la respuesta inmune innata como en la adaptativa1,2. Si bien los hombres son menos susceptibles a la autoinmunidad, también desarrollan una respuesta inmune antiviral menos potente que las mujeres. Por ejemplo, los hombres tienen una mayor carga de citomegalovirus humano (HCMV) después de la infección, lo que sugiere una mayor susceptibilidad a las amenazas virales4. Esto también se ilustró recientemente durante la pandemia de la enfermedad por coronavirus de 2019 (COVID-19), en la que se postuló que el fuerte sesgo masculino hacia la enfermedad grave refleja las diferencias sexuales en las respuestas inmunitarias5. Múltiples estudios en humanos y ratones han informado recientemente diferencias en la distribución y/o función de las células inmunes en hombres versus mujeres6,7. Sin embargo, la base molecular de estas diferencias y los mecanismos por los cuales estas diferencias influyen en los resultados de las enfermedades siguen siendo poco conocidos. Las diferencias de sexo en los mamíferos se definen no sólo por las hormonas gonadales divergentes sino también por la dosis de los cromosomas sexuales1. La expresión de un subconjunto de genes ligados al cromosoma X, por ejemplo, es mayor en mujeres (XX) que en hombres (XY)8. Mientras que las hembras se someten a una inactivación aleatoria del cromosoma X (XCI) para mantener niveles similares de expresión de proteínas ligadas a X entre sexos, la XCI es incompleta: entre el 3 y el 7 % de los genes del cromosoma X escapan a la inactivación en ratones y entre el 20 y el 30 % escapan a la inactivación en ratones. humanos8,9. Como tal, los niveles diferenciales de expresión de genes ligados al cromosoma X en mujeres y hombres se han relacionado con diferencias de sexo en una amplia gama de afecciones, incluidos defectos del tubo neural10 y enfermedades autoinmunes11,12. Como linfocitos innatos tipo 1 circulantes, las células NK sirven como una línea de defensa temprana contra los miembros de la familia del herpesvirus13. La importancia de las células NK en la inmunidad antiviral se ilustra en pacientes con un número o funcionalidad de células NK defectuosas, que son altamente susceptibles a la infección por herpesvirus como el HCMV y el virus de Epstein-Barr14. En ratones, las células NK son necesarias para el control del citomegalovirus de ratón (MCMV) y otras infecciones virales15. Los ratones con deficiencia genética en la función de las células NK o pérdida del número de células NK tienen un aumento significativo en los títulos virales y la mortalidad después de la infección por MCMV15-18. Por tanto, las células NK son fundamentales para la inmunidad antiviral tanto en ratones como en humanos.
cistanche tubulosa-mejora el sistema inmunológico
Dada la potente función antiviral de las células NK, fue inesperado que los hombres susceptibles a virus mostraran un mayor número de células NK6,7. Más allá del número de células NK, otras características de células NK sexualmente dimórficas previamente no apreciadas pueden explicar las diferencias de sexo durante la infección viral. Demostramos que, si bien las células NK masculinas muestran una aptitud celular mejorada en ratones, muestran una función efectora disminuida en ratones y humanos. Estos sesgos sexuales en la composición y función de las células NK no se debieron completamente a diferencias hormonales, porque persistieron en ratones gonadectomizados. A través del cribado de expresión diferencial, identificamos el regulador epigenético ligado al cromosoma X y el conocido XCI fugitivo UTX, que se expresó en niveles significativamente más bajos en células NK masculinas tanto de ratón como humanas. UTX reguló tanto la aptitud de las células NK como la función efectora de una manera dependiente de la dosis porque la haploinsuficiencia de UTX en las células NK femeninas fue suficiente para aumentar el número de células NK al tiempo que alteraba la producción de citoquinas y la citotoxicidad. Las células NK femeninas con deficiencia de UTX mostraron una mayor persistencia in vivo y resistencia a la apoptosis ex vivo, así como una mayor susceptibilidad a la infección por MCMV. Estos efectos fueron independientes de la actividad desmetilasa intrínseca de UTX, ya que el número de células NK y la producción de interferón (IFN) no se alteraron en ratones que expresaban un mutante de UTX "muerto en desmetilasa". Análisis integrativo utilizando el ensayo para cromatina accesible a transposasa mediante secuenciación (ATAC-seq), secuenciación masiva de ARN (RNA-seq) y anti-UTX CUT&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation Assay) de tipo salvaje (WT) y UTX- Las células NK deficientes revelaron un papel crítico para UTX en la regulación de la expresión de loci genéticos involucrados en la aptitud de las células NK y las respuestas efectoras. Nuestros hallazgos identifican a UTX como un importante impulsor de las diferencias sexuales en la homeostasis de las células NK y la función efectora a través de la modulación de la expresión genética independiente de la desmetilasa.
cistanche tubulosa-mejora el sistema inmunológico
Haga clic aquí para ver los productos Cistanche Enhance Immunity
【Pregunte por más】 Correo electrónico:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
Resultados
El dimorfismo sexual NK es independiente de las hormonas sexuales gonadales.
Una investigación reciente que examinó el bazo de ratones C57BL/6 informó un mayor número de células NK en machos que en hembras19. De acuerdo con estos datos, observamos que las células NK esplénicas (identificadas como CD3 − TCR − NK1.1+; Datos ampliados Fig. 1a) aumentan en frecuencia (Fig. 1a, b) y en números absolutos (Fig. 1c). ) en ratones macho C57BL/6 en comparación con hembras. Estos hallazgos sugieren que otras características sexualmente dimórficas más allá del número de células NK pueden explicar una mayor susceptibilidad masculina a las infecciones virales. En respuesta a la infección viral, las células NK son fundamentales para la producción temprana de citocinas proinflamatorias, en particular IFN- 20–22. Para probar si existen diferencias de sexo en la función intrínseca de las células NK, comparamos la producción de citoquinas efectoras en células NK aisladas de ratones hembra versus machos ex vivo. La estimulación con las citocinas proinflamatorias interleucina (IL) -12 e IL -15 dio como resultado una menor producción de IFN por parte de las células NK masculinas (Fig. 1d, ey Datos ampliados Fig. 1b). Se observaron resultados similares en respuesta a IL-12 e IL-18 (Datos ampliados, Fig. 1c, d), lo que sugiere un defecto respectivo en la capacidad de respuesta de las células NK masculinas a la estimulación de citoquinas. Además, las células NK humanas (TCR − CD3− CD56+ ) aisladas de células mononucleares de sangre periférica (PBMC) activadas con IL-12 y células leucémicas K562 dieron como resultado un porcentaje más bajo de IFN- + (Fig. 1f y Datos ampliados Fig. 1e) e IFN-intensidad de fluorescencia media (MFI; Fig. 1g) en células NK masculinas versus femeninas. Por lo tanto, aunque el número de células NK aumenta, la producción de citocinas efectoras de células NK masculinas se reduce constantemente tanto en ratones como en humanos en respuesta a las citocinas proinflamatorias inducidas durante la infección viral.
El sexo femenino o masculino se basa en una combinación de hormonas gonadales (por ejemplo, estrógenos o andrógenos) y cromosomas sexuales (por ejemplo, 46XX o 46XY)1. Estudios anteriores demostraron los efectos directos de las hormonas gonadales en la regulación de la producción de IFN por las células NK23, pero sigue siendo posible que las diferencias de sexo de las células NK también puedan atribuirse a factores intrínsecos a las células. Para identificar los efectos mediados por las hormonas sexuales, examinamos la abundancia y función de las células NK en ratones gonadectomizados. La gonadectomía no logró eliminar las diferencias de sexo en la frecuencia de células NK (Fig. 1h y Datos ampliados Fig. 1f), números absolutos (Fig. 1i) y producción de proteína IFN en respuesta a la estimulación de citocinas (Fig. 1j, k y Datos ampliados Fig. 1g), lo que indica que las hormonas gonadales no son las únicas responsables de las diferencias sexuales en las células NK. Mientras que los subconjuntos de maduración de células NK identificados por la expresión de CD11b y CD27 tienen capacidades diferenciales para la supervivencia y la función efectora24, las células NK esplénicas derivadas de ratones machos y hembras WT o gonadectomizados no mostraron diferencias significativas en las frecuencias de los subconjuntos de maduración de células NK (Figura de datos ampliados). .1h–k). Estos resultados indicaron que los sesgos sexuales observados en el número de células NK y la función efectora no se deben a estados de maduración diferenciales. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que la dosis de cromosomas sexuales puede contribuir a la abundancia y función diferencial de las células NK entre sexos.
cistanche tubulosa-mejora el sistema inmunológico
UTX escapa a la inactivación de X y se expresa más en mujeres
Mientras que las hembras 46XX se someten a XCI para controlar las dosis de genes ligados al cromosoma X, un subconjunto de genes escapa al XCI (denominados fugitivos del XCI), lo que a menudo da como resultado una mayor expresión en las hembras en comparación con los machos25,26. Por lo tanto, el aumento de la expresión de XCI fugitivo en mujeres en comparación con hombres podría mediar potencialmente en las diferencias sexuales en las células NK. Si bien diferentes genes escapan a la inactivación de X en humanos y ratones, cinco genes (XIST, DDX3X, KDM6A, EIF2S3, KDM5C) han sido identificados previamente como escapados de XCI en ambos27. XIST fue excluido de análisis adicionales porque no se expresa en células masculinas debido a su papel conocido en XCI en células femeninas1. Los cuatro genes restantes estaban significativamente regulados a la baja en las células NK masculinas versus femeninas, tanto en humanos (Fig. 2a) como en ratones (Fig. 2b). Los niveles de transcripción de Kdm6a (que codifica UTX) mostraron la expresión más dimórfica sexual en células NK humanas y de ratón (Fig. 2a, b). Las células NK masculinas también expresaron niveles más bajos de proteína UTX en comparación con las células NK femeninas en ratones (Fig. 2c, d). Estas diferencias en los niveles de transcripción de Kdm6a y los niveles de proteína UTX persistieron tanto en ratones gonadectomizados (Fig. 2e-g) como en ratones de cuatro genotipos principales (FCG) (Datos extendidos, Fig. 2a) en los que el complemento cromosómico sexual (XX o XY) está desacoplado de Órgano sexual gonadal (ovarios o testículos)28. Estos datos indican que los niveles de expresión de Kdm6a (UTX) están sesgados por el sexo en las células NK y están dictados principalmente por la dosis del cromosoma X en lugar de las hormonas gonadales.
UTX suprime la aptitud de las células NK
Para determinar si UTX media las diferencias sexuales observadas en las células NK, generamos una serie de ratones con pérdida de UTX dependiente de la dosis. Primero, generamos ratones hembra con una eliminación heterocigótica de UTX en células NK (Kdm6afl/WT Ncr1Cre+, en lo sucesivo denominado UTXHet; Tabla de datos suplementarios 1) para imitar la copia única de UTX expresada en machos. Confirmamos una expresión similar de la proteína UTX de células NK entre ratones hembra UTXHet y machos WT (Kdm6afl / y Ncr1Cre-) (Datos ampliados, figura 2b). Los ratones hembra UTXHet mostraron un número de células NK esplénicas similar en comparación con los machos WT (Fig. 3a, b), y ambos mostraron un mayor número de células NK en comparación con las hembras WT. No se observaron diferencias significativas en la maduración por expresión de CD11b y CD27 entre las células NK de ratones hembra WT, macho WT y hembra UTXHet (Datos ampliados, figura 2c). Por lo tanto, la pérdida de una copia de UTX fue suficiente para aumentar el número de células NK de manera independiente de la maduración. A continuación, produjimos ratones con una eliminación homocigótica de UTX (Kdm6afl/flNcr1Cre+, en lo sucesivo denominado UTXNKD; Tabla de datos suplementarios 1), lo que resultó en la pérdida de ambas copias de UTX en las células NK. La expresión de la proteína UTX fue significativamente menor en las células NK UTXNKD femeninas en comparación con las células NK WT femeninas mediante citometría de flujo (Datos ampliados, Fig. 2b), así como menor en comparación con las células NK con una única copia UTX (es decir, WT masculina y UTXHet femenina). ). La ausencia de proteína UTX en el tamaño previsto (180 kD) en mujeres UTXNKD en comparación con las células WT NK se confirmó mediante transferencia Western (Datos ampliados, figura 2d). Las frecuencias de células NK y los números absolutos aumentaron al disminuir el número de copias de UTX (Fig. 3c, d y Datos ampliados, Fig. 3a). Estos datos implican a UTX en la regulación de la frecuencia de las células NK y los números absolutos de una manera dependiente de la dosis.
Figura 1|Las diferencias de sexo en la producción de IFN y en el número de células NK son independientes de las hormonas gonadales. a – c, Gráficos de puntos representativos (a), frecuencia (b) y números absolutos (c) de células NK esplénicas (CD3− TCR − NK1.1+ ) en ratones C57BL/6 hembras y machos (n { {7}} por grupo). d,e, porcentaje de IFN- + (d) e IFN-MFI normalizado (e) de células NK esplénicas totales de ratones hembra versus machos cultivados sin tratamiento (NT) o IL{{10} } (50 ng ml-1) e IL-12 (20 ng ml-1) durante 4 h, normalizado al MFI de IL-15/IL{ femenino {18}} tratamiento (n=8 por grupo). f,g, Porcentaje de IFN{{20}} (f) e IFN-MFI normalizado (g) de CD3− CD56+ mujeres (n=6) y hombres (n { {25}}) células NK humanas cultivadas y estimuladas con 10 ng ml-1 de IL-12 durante 16 h en presencia de células K562, normalizadas a MFI de IL femenina-12 tratamiento. h, i, Frecuencia (h) y números absolutos (i) de células NK esplénicas en ratones hembra y macho gonadectomizados (n=18 por grupo). j,k, Porcentaje de IFN- + (j) e IFN-MFI normalizado (k) de células NK esplénicas totales aisladas de ratones hembra y macho gonadectomizados y cultivadas con NT o IL-15 (50 ng ml- 1) e IL-12 (20 ng ml-1) durante 4 h (n=12 por grupo). Los datos son representativos de 2 a 4 experimentos independientes. Las muestras se compararon utilizando una prueba t de Student no apareada de dos colas y los puntos de datos se presentan como ratones individuales con la media ± sem (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001; ****P < 0,0001). Los valores de P específicos son los siguientes: b=0.0002; c= 0.006; d= 0.0036; mi=0.0013; f=0.04; g=0.03; h < 0,0001; yo=0.0006; j=0.0234; k= 0.0019.
Para definir los mecanismos subyacentes al aumento del número de células NK en ratones UTXNKD (CD45.2+), se produjo una proporción 1:1 de ratones quiméricos de médula ósea mixta (mBMC) con WT (CD45.1+). . Seis semanas después de la reconstitución, observamos una marcada ventaja competitiva de las células NK femeninas UTXNKD (CD45.2+) en comparación con WT en receptoras femeninas (CD451x2) después de un trasplante de médula ósea (Datos ampliados, Fig. 3b, c). A diferencia de las células NK, las células T del mismo donante (UTXNKD, CD45.2+ ), que son suficientes para UTX debido a la eliminación específica de NK de UTX, mostraron la proporción de inyección original (1:1; datos ampliados Fig. .3b,c). Estos datos sugieren que UTX reprimió el número de células NK de manera intrínseca a las células durante el desarrollo. Para probar si este fenotipo fue impulsado por diferencias en la proliferación, analizamos el marcador de división celular Ki67 en células NK esplénicas en ratones WT: UTXNKD mBMC, inyectados en una proporción de 4: 1 para normalizar el número de células entre genotipos. Paradójicamente, las células UTXNKD NK mostraron frecuencias más bajas de células Ki67+ y mostraron menos dilución de CFSE en respuesta a IL-15 (Datos ampliados, Fig. 3d, e). Estos resultados sugieren que el mayor número de células NK observado en ratones UTXNKD no se debió a una mayor proliferación. Teniendo en cuenta estos resultados, planteamos la hipótesis de que la frecuencia elevada de células NK en ratones UTXNKD (Fig. 3c, d) podría deberse a una mayor aptitud celular de las células NK en ausencia de expresión de UTX. Para probar esta posibilidad, se marcaron células NK esplénicas WT (CD451x2) y UTXNKD (CD45.2+ ) congénicamente distintas con Cell Trace Violet (CTV) y se transfirieron a receptores WT (CD45.1+ ) en un Relación 1:1 (Datos ampliados, figura 3f). El día 7 después de la transferencia, la población transferida se inclinó hacia las células NK UTXNKD en los bazos receptores (Fig. 3e, f), lo que demuestra la supresión UTX intrínseca de la homeostasis de las células NK maduras. Esta diferencia no se debió a una proliferación alterada, porque la dilución de CTV por ambas poblaciones transferidas fue mínima el día 7 después de la transferencia (Datos ampliados, figura 3g). Para probar si UTX reprimió la homeostasis de las células NK mediante la regulación de la apoptosis, comparamos la expresión de caspasa 3 escindida en células NK clasificadas incubadas con IL-15 sola o con IL-15 y un inductor de apoptosis, Nutlin{{42 }}a29. La expresión más baja de UTX se correlacionó con una disminución de las células NK de caspasa 3+ escindidas en presencia de dosis bajas de tratamiento con IL-15 y Nutlin-3a (Fig. 3g, h). Además, las células NK masculinas también mostraron una disminución modesta pero significativa en la frecuencia de células NK caspasa 3+ escindidas en respuesta a Nutlin-3a en comparación con las células NK femeninas, que también persistió en ratones gonadectomizados (Extended Data Figura 3h-k). Además, la regulación de la apoptosis y la supervivencia de las células NK depende de los niveles de expresión relativos de Bcl-2 (factor antiapoptótico)30, que puede ser antagonizado por Bim (factor proapoptótico)31. Las células NK UTXNKD mostraron una mayor expresión de proteína intracelular de Bcl -2 y un aumento modesto en Bim (Fig. 3i, j y Datos ampliados Fig. 3l) en comparación con las células NK WT. Esto resultó en un aumento significativo de la proporción Bcl-2:Bim en células NK UTXNKD (Fig. 3k). Las células NK masculinas también mostraron un aumento significativo en la relación Bcl-2:Bim (Fig. 3l), que persistió después de la gonadectomía (Fig. 3m). En conjunto, estos datos demuestran que los niveles alterados de UTX pueden ser la base de las diferencias sexuales en la aptitud de las células NK a través de la regulación de la expresión de Bcl-2.
Figura 2|UTX ligado a X muestra una expresión genética sexualmente dimórfica independiente de las hormonas sexuales.a Expresión normalizada de genes fugitivos XCI utilizando datos de secuencia de ARN de la base de datos DICE en células NK clasificadas de mujeres humanas (n=36) frente a hombres (n {{4 }}) normalizado para mujeres. b, Expresión normalizada de genes fugitivos XCI mediante PCR cuantitativa con transcripción inversa (RT-qPCR) en células NK esplénicas de ratones hembra versus machos (C57BL/6; 8 semanas de edad, n=5 por grupo). Los genes se ordenan mediante cambios crecientes entre hembras y machos de izquierda a derecha. c, d, histograma representativo (c) y MFI normalizado (d) de la expresión de la proteína UTX en células NK esplénicas de ratones hembra versus machos sin tratamiento previo mediante citometría de flujo, normalizado a MFI de ratones hembra (C57BL/6; 8 semanas de edad; n { {12}} por grupo). e, Expresión relativa de Kdm6a (UTX) mediante RT-qPCR de células NK esplénicas aisladas normalizadas para hembras (n=6 por grupo). f,g Histogramas representativos (f) y UTX MFI relativo (g) de células NK mediante citometría de flujo de bazos de ratones hembra y macho gonadectomizados (n=6 por grupo) normalizados a hembra. Las muestras se compararon mediante la prueba t de Student de dos colas no apareada y los puntos de datos se presentan como ratones individuales con la media ± sem (*P < 0.{{20}}5; **P < 0.01; ***P < 0,001). Los valores de P específicos son los siguientes: a < 0,001; b: Ddx3x=0.03, Kdm5c=0.0017, Eif2s3 = 0.0113, Kdm6a=0.000087; d= 0.003; mi=0.008; g= 0.0029).
UTX mejora la función efectora de las células NK
Debido a que las células NK masculinas mostraron una producción disminuida de IFN (Fig. 1d, e) independientemente de las hormonas gonadales (Fig. 1j, k), a continuación buscamos determinar si este fenotipo estaba regulado por los niveles de UTX. Después de la estimulación con citocinas, las frecuencias y los números absolutos de células productoras de IFN- - (Fig. 4a y Datos ampliados Fig. 4a, b), así como IFN-MFI (Fig. 4a), fueron similares entre hombres WT y mujeres UTXHet NK. células. La producción de IFN por parte de las células NK UTXHet femeninas fue intermedia entre las células NK femeninas WT y UTXNKD femeninas (Fig. 4a y Datos ampliados Fig. 4a, b). Esta tendencia también se observó al comparar la acumulación de IFN en células NK mediante ELISA (Fig. 4b). Además, este fenómeno no fue específico del IFN-, porque la producción del factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF), una molécula efectora de NK proinflamatoria, también se redujo al disminuir el número de copias de UTX en las células NK femeninas (Fig. 4c). ).
Además de la producción de citoquinas, la actividad citolítica de las células NK es crucial para las defensas antivirales33 y antitumorales34. Para evaluar las diferencias de sexo en la citotoxicidad de las células NK, realizamos ensayos de destrucción con células MC38 deficientes en el complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase I como objetivos. Con una proporción efector:diana de 4:1, las células WT NK masculinas mostraron una lisis significativamente menor de las células diana en comparación con las WT femeninas (Fig. 4d), que se mantuvo en ratones gonadectomizados (Datos ampliados, Fig. 4c). La alteración de la destrucción de células diana por parte de las células NK masculinas no se debió a diferencias en la desgranulación, porque los niveles de CD107a eran similares entre las células NK femeninas y masculinas (Datos ampliados, Fig. 4d, e). Sin embargo, los machos produjeron niveles significativamente más bajos de moléculas citotóxicas perforina y granzima B en respuesta a la ligadura del receptor activador de IL-15 y anti-NK1.1 (Datos ampliados, figura 4d, e). En particular, las células UTXHet y WT NK masculinas mostraron una capacidad de destrucción similar (Fig. 4d), que fue intermedia entre las células NK femeninas WT y UTXNKD (Fig. 4d). En conjunto, estos datos sugieren que UTX mejora la citotoxicidad de las células NK de manera dependiente de la dosis.
cistanche tubulosa-mejora el sistema inmunológico
Teniendo en cuenta los efectos observados de la pérdida de UTX en la función efectora de las células NK, examinamos si los ratones UTXNKD eran más vulnerables a la infección viral. La producción rápida de IFN y GM-CSF es fundamental para el control antiviral mediado por células NK20. Sorprendentemente, los ratones UTXNKD sucumbieron rápidamente a la infección (n=3/8 sobrevivieron) tras la exposición a una dosis subletal de MCMV (Fig. 4e). Además, las células NK esplénicas deficientes en UTX mostraron un marcado defecto en la producción de IFN y de granzima B en las células NK totales el día 1,5 después de la infección (Fig. 4f y Datos ampliados Fig. 4f, g). Además, se observó un defecto similar en la producción de IFN- por UTXNKD en todos los subconjuntos de maduración (Datos ampliados, Fig. 4h), lo que implica a UTX en el control de la producción de IFN- de una manera independiente de la maduración. Para confirmar si la dosis de expresión de UTX en células NK maduras se asocia con la producción de IFN- durante la infección viral in vivo, generamos ratones transgénicos para lograr una eliminación de UTX inducible por tamoxifeno (Kdm6afl/fl Rosa26ERT2CRE+, en lo sucesivo denominado iUTX-/ −; Tabla de datos suplementarios 1). Se produjeron ratones mBMC con una mezcla 1:1 de WT (CD45.1+) e iUTX-/- (CD45.2+) para limitar la eliminación de UTX al compartimento hematopoyético. Los ratones WT:iUTX -/- mBMC se trataron con tamoxifeno inmediatamente antes de la infección con MCMV para eliminar la expresión de UTX (Fig. 4g). Las células NK IDX-/- (CD45.2+) produjeron menos IFN- en comparación con sus contrapartes WT (Fig. 4h y Datos ampliados Fig. 4i). La administración de tamoxifeno en ratones WT: iUTX -/- mBMC dio como resultado grados diferenciales de pérdida de proteína UTX y mostró una correlación positiva significativa entre los niveles intracelulares de UTX y la producción de IFN- el día 1,5 después de la infección (Fig. 4i). Estos resultados demuestran que los niveles de UTX intrínsecos a las células en células NK maduras regulan la producción de moléculas efectoras y la posterior protección contra la infección por MCMV.
Figura 3|UTX suprime la aptitud de las células NK. a,b, Frecuencia (F y M WT: n=12; F UTXHet: n=16; a) y números absolutos (F WT: n=6; M WT: n {{ 4}}; F UTXHet: n=9; b) de células NK en el bazo de ratones hembra (F) WT, macho (M) WT y F UTXHet. c,d, Frecuencia (WT: n=12; UTXHet: n=16; UTXNKD: n=6; c) y números absolutos (WT: n=8; UTXHet: n {{10}}; UTXNKD: n=6; d) de células NK en bazo de ratones F WT, UTXHet y UTXNKD. e, Gráficos de contorno representativos de células NK WT (CD451x2) y UTXNKD (CD45.2+ ) congénicamente distintas transferidas a receptores WT (CD45.1+ ) en una proporción de 1:1 antes de la inyección (izquierda) y el día 7 después de la transferencia (derecha). f, Frecuencia de células WT y UTXNKD en el bazo de ratones receptores antes de la inyección y el día 7 después de la transferencia (n=6). g, h, histogramas representativos (g) y porcentaje (h) de células NK caspasa 3+ escindidas de ratones hembra WT, UTXHet y UTXNKD cultivados con IL-15 (5 ng ml-1) y dimetilsulfóxido (DMSO; F WT: n=7; F UTXHet: n=11; F UTXNKD: n=6) o Nutlin-3a 2,5 μM (F WT: n { {33}}; F UTXHet: n=7; F UTXNKD: n=3) durante 24 h. i – k, Bcl-2 MFI normalizado (i), Bim MFI (j) y relación Bcl-2:Bim MFI (k) en células NK esplénicas de ratones hembra WT y UTXNKD (n {{ 39}}). l,m, Bcl{{40}}: relación Bim MFI en células NK esplénicas de ratones WT hembra y macho WT (n=6; l) y ratones hembra y macho gonadectomizados (n {{ 42}};m). Los datos son representativos de 2 a 4 experimentos independientes. Las muestras se compararon mediante análisis de varianza unidireccional ordinario (ANOVA; a – d), ANOVA bidireccional con corrección de Tukey para comparaciones múltiples (h) o prueba t de Student de dos colas no apareada (f, i – m). Los puntos de datos son ratones individuales con la media ± sem (NS, no significativo; *P < 0.05; **P < 0.01; * **P < 0.001; ****P < 0,0001). Los valores de P específicos son los siguientes: a: F WT versus M WT=0.0201, M WT versus UTXHet=0.989, F WT versus UTXHet=0.0327, WT versus UTXNKD { {63}}.001; b: F WT versus M WT=0.0320, M WT versus UTXHet < 0,99, F WT versus UTXHet=0.0029, WT versus UTXNKD=0.001; c: WT versus UTXHet=0.0375, UTXHet versus UTXNKD y WT versus UTXNKD < 0,0001; d: WT versus UTXHet=0.0191, UTXHet versus UTXNKD=0.0278, WT versus UTXNKD=0.001; f: Preinyección=0.3304; día 7=0.001918; h: DMSO < 0,0001, Nutlin-3a–F WT versus F UTXHet=0.0048, resto < 0,0001; yo < 0,0001; j=0.0004; k= 0.0025; l= 0.0115; m= 0.0227.
UTX regula las células NK de forma independiente de la desmetilasa
Como histona desmetilasa, UTX puede controlar la homeostasis de las células NK y los programas de expresión de genes efectores al catalizar la eliminación de un grupo metilo de la histona trimetilada H3 Lys27 (H3K27me3; una marca de histona represiva) para equilibrar la cromatina para la expresión génica activa35. Sin embargo, UTX también posee actividades independientes de la desmetilasa al interactuar con reguladores epigenéticos y modificadores de la cromatina para coordinar la expresión génica36,37. Para explorar el papel de la actividad desmetilasa de UTX en la modulación de la homeostasis de las células NK y la función efectora, aprovechamos ratones que expresan un UTX catalíticamente inactivo (ratones UTX 'desmetilasa-muertos' o UTXDMD; Tabla de datos suplementarios 1) que albergan p.His1146Ala y p.Glu1148Ala mutaciones puntuales en el dominio catalítico38. Curiosamente, los ratones hembra UTXDMD y WT exhibieron frecuencias similares y números absolutos de células NK esplénicas (Fig. 5a-c), mientras que los ratones UTXNKD mostraron un mayor número de células NK esplénicas en comparación con ambos. Estos hallazgos sugieren que la represión de UTX del número de células NK era independiente de la desmetilasa. Además, no se observaron diferencias entre las células NK WT y UTXDMD en la capacidad de producir IFN- en respuesta a la estimulación de citocinas (Fig. 5d-f). Estos resultados demuestran que la función de UTX para restringir el número de células NK y promover la producción de IFN es independiente de la desmetilasa. Además de una única copia de UTX, los machos expresan el Kdm6c catalíticamente inactivo (que codifica la proteína UTY), el homólogo de UTX ligado al cromosoma Y. Confirmamos que UTY solo se expresa en células NK masculinas de humanos (Datos ampliados, figura 5a) y ratones (Datos ampliados, figura 5b) y no fue alterado por la gonadectomía en ratones (Datos ampliados, figura 5b). Como se analizó anteriormente, no se observaron diferencias en el número de células NK ni en la función efectora entre ratones macho WT (una copia de UTX y UTY) y hembras UTXHet (una copia de UTX) (Figs. 3a, b y 4a, d), lo que sugiere una papel limitado de UTY en la regulación de la homeostasis de las células NK y la función efectora. Además, los ratones macho UTXNKD (Kdm6afl/y Ncr1cre+) mostraron una mayor frecuencia de células NK y números absolutos (Datos extendidos Fig. 5c, d) y produjeron menos IFN- (Datos extendidos Fig. 5e-h), en comparación con los controles macho WT, que refleja los cambios observados en mujeres con deficiencia de UTX de células NK. (Figuras 3a,b y 4a,b). Por tanto, la pérdida de UTX en las células NK tiene efectos similares en mujeres y hombres.
UTX controla el transcriptoma de células NK mediante la remodelación de la cromatina
Estudios recientes han identificado circuitos reguladores (regulos) de células NK que preparan a las células linfoides innatas para respuestas efectoras rápidas incluso antes de la activación de las células NK 39. Como modificador epigenético, UTX puede alterar la transcripción organizando la cromatina en elementos reguladores de los loci del gen diana4{{23} }. Para investigar las modificaciones mediadas por UTX en la accesibilidad a la cromatina y la expresión génica en células NK, realizamos ATAC-seq en conjunto con RNA-seq a granel en WT (CD45.1+) y UTXNKD (CD45.{{7) purificados por clasificación. 9}} ) Células NK de ratones WT 4:1: UTXNKD mBMC (Datos ampliados, Fig. 6a). El uso de ratones mBMC permitió un experimento controlado internamente y minimizó los factores de confusión ambientales. El análisis de componentes principales (PCA) de los datos de ATAC-seq y RNA-seq reveló una agrupación de muestras por genotipo (Datos ampliados, figura 6b). ATAC-seq reveló 3569 picos disminuidos y 2113 picos aumentados en accesibilidad en UTXNKD en comparación con las células NK WT (cambio log2 veces > ±0.5, valor de P ajustado < 0.05 , tasa de descubrimiento falso (FDR) < 0.05; Tabla de datos suplementarios 2). Además, RNA-seq identificó 701 genes disminuidos y 554 aumentados en UTXNKD versus WT (cambio de log2 veces> ± 0,5, valor de P ajustado <0,05, FDR <0,05; datos ampliados, figura 6c y tabla de datos suplementarios 3). Estos hallazgos sugieren cambios profundos tanto en el panorama de la cromatina como en el transcriptoma de las células NK en ausencia de UTX.
planta cistanche que aumenta el sistema inmunológico
El análisis integrativo de ATAC-seq y RNA-seq identificó 395 genes que son accesibles diferencialmente y se expresan con una correlación positiva significativa (correlación de Spearman: R=0.62, P <2,2 × 10-16) entre la media log2 cambio de veces de los picos de ATAC-seq y cambio de log2 veces de la expresión de RNA-seq (Datos ampliados, figura 6d). La agrupación difusa de medias c de los conjuntos de datos ATAC-seq y RNA-seq identificó seis grupos principales que disminuyeron significativamente (grupos 1, 2, 3 y 6) o aumentaron (grupos 4 y 5) la inaccesibilidad (Fig. 6a) y la expresión. (Fig. 6b) en células NK UTXNKD. Para el análisis de enriquecimiento funcional, se utilizó g: Profiler para analizar grupos de genes expresados diferencialmente identificados por RNA-seq (Fig. 6c). Las vías principales, como el proceso del sistema inmunológico, la producción de citocinas, la producción de IFN, la activación de linfocitos y el proceso efector inmunológico, se asociaron con una expresión disminuida en UTXNKD (grupos 1, 2, 3 y 6; Fig. 6c). Mientras tanto, vías como el proceso de desarrollo, el proceso biosintético y el proceso metabólico se asociaron significativamente con una mayor expresión en UTXNKD (grupos 4 y 5; Fig. 6c). Es de destacar que el análisis de los genes de la vía de muerte celular reveló que múltiples genes se expresaban diferencialmente (Datos ampliados, figura 6e). En particular, la expresión del gen antiapoptótico Bcl2 aumentó, mientras que la expresión del gen proapoptótico Casp3 disminuyó (Datos ampliados, figura 6e). En conjunto, estos hallazgos implican que la pérdida de UTX resulta en modificaciones de la accesibilidad a la cromatina y la expresión de genes asociados con la homeostasis de las células NK y la función efectora.
Figura 4|UTX mejora la función efectora de las células NK y es necesaria para la supervivencia contra la infección viral. a Porcentaje de IFN- + e IFN-MFI normalizado de células NK de mujeres WT (n=8), hombres WT (n=8), mujeres UTXHet (n=12) y ratones hembra UTXNKD (n=6) sin tratamiento (NT) o IL-15 (5{{70}} ng ml-1) e IL{{1{{8{ {82}}}}}} (20 ng ml-1) durante 4 h, normalizado al MFI del tratamiento femenino con IL-15/IL-12. Concentraciones de b,c, IFN- (b) y GM-CSF (c) medidas por ELISA en sobrenadantes de hembras WT (n=4), UTXHet (n=5) y UTXNKD (n {{2 0}}) Células NK con NT o IL-12 (20 ng ml-1) e IL-18 (1{{1{{1{{115} }8}}4}} ng ml-1) durante 4 h. d, Lisis específica de células MC38 (objetivo) deficientes en MHCI por WT femenina (n {{30}}), WT masculina (n=8), UTXHet femenina (n=12 ) o células NK (efectoras) UTXNKD (n=6) femeninas durante 16 h en una proporción efector:objetivo de 4:1, normalizada a lisis por WT femenina. e, curvas de supervivencia de Kaplan-Meier de ratones WT y UTXNKD infectados con MCMV (n=8). Prueba de Mantel-Cox (P= 0.0093). f, Porcentaje de IFN- + (n=14), IFN-MFI normalizado (n=14) y granzima B (GzmB) MFI (n=8) en relación con WT en esplénico Células NK en D1.5 después de la infección por MCMV de ratones mBMC 4:1 WT:UTXNKD. g, Esquema de médula ósea (BM) 1:1 WT (CD45.1+ ) e iUTX−/− (CD45.2+ ) transferida a huéspedes empobrecidos en busulfano y tratada con 1 mg de tamoxifeno durante 3 d antes de la infección por MCMV. h, porcentaje de IFN- + e IFN-MFI normalizado de células NK de ratones mBMC 1:1 WT:iUTX-/- en D1.5 después de la infección por MCMV, normalizados a WT (n=6). i, Correlación de Pearson de dos colas de IFN- versus UTX MFI de células NK (n=12; r 2=0.775; P < 0,0001). Los datos son representativos de 2 o 3 experimentos independientes. Se utilizaron ANOVA de dos factores (a – c), ANOVA de un factor con corrección de Tukey para comparaciones múltiples (d) o prueba t de Student de dos colas pareadas (f, h). Los puntos de datos son ratones individuales con la media ± sem *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001; ****P < 0,0001. Valores de P específicos: a: F WT versus M WT=0.0027, F WT versus F UTXHet y F WT versus F UTXNKD < 0.0001, M WT versus F UTXHet=0.269, F UTXHet versus F UTXNKD=0.0007; b: WT versus UTXHet=0.0037, UTXHet versus UTXNKD=0.0011, WT versus UTXNKD < 0,0001; c: WT versus UTXHet=0.0026, UTXHet versus UTXNKD=0.0349, WT versus UTXNKD < 0,0001; d: F WT versus M WT=0.0005, F WT versus F UTXHet y F WT versus F UTXNKD < 0.0001, M WT versus F UTXHet=0.1616, F UTXHet versus F UTXNKD {{112 }}.0439; f: %IFN- + < 0,0001, IFN- MFI=0.0024, GzmB=0.0032; g: %IFN- + < 0,0001, IFN-IMF=0.0018. PI, postinfección.
Figura 5|UTX controla la homeostasis de las células NK y la producción de IFN- independientemente de la actividad desmetilasa. a – c, Gráficos de densidad representativos (a), frecuencia (b) y número absoluto (c) de células NK en el bazo de ratones hembra WT, UTXDMD y UTXNKD (n=5 por grupo). d–f, gráficos de contorno representativos (d), porcentaje de IFN- + (e) e IFN-MFI normalizado (f) de células NK femeninas WT, UTXDMD y UTXNKD (n=5 por grupo) normalizado a WT. Los datos son representativos de 2 o 3 experimentos independientes. Las muestras se compararon mediante ANOVA unidireccional con corrección de Tukey para comparaciones múltiples. Los puntos de datos se presentan como ratones individuales con la media ± sem *P < 0.05; **P < 0.01; ****P<0.0001. Los valores de P específicos son los siguientes: b: WT versus UTXDMD=0.7353, WT versus UTXNKD y UTXDMD versus UTXNKD < 0,0001; c: WT versus UTXDMD=0.4888, WT versus UTXNKD y UTXDMD versus UTXNKD < 0,0001; e: WT versus UTXDMD=0.855, WT versus UTXNKD=0.0030, UTXDMD versus UTXNKD=0.0380; f: WT versus UTXDMD=0.1382, WT versus UTXNKD=0.0079, UTXDMD versus UTXNKD=0.0166.
Teniendo en cuenta las diferencias de todo el genoma en accesibilidad y expresión genética que observamos mediante ATAC-seq y RNA-seq, también exploramos los efectos directos mediados por UTX. Realizamos CUT&Tag anti-UTX seguido de secuenciación, lo que permitió la detección de regiones de ADN unidas a UTX mediante un método de inmunoprecipitación basado en anticuerpos41. Anti-UTX CUT&Tag en células NK WT y UTXNKD purificadas por clasificación revelaron 5746 picos unidos a UTX (FDR <0.01, valor de P ajustado <0.05; Fig. 6d y tabla de datos suplementarios 4). La PCA de los datos de ATAC-seq y RNA-seq reveló agrupación de muestras por genotipo (Datos ampliados, figura 6f). Identificamos 191 genes que estaban unidos a UTX, accesibles de manera diferencial por ATAC-seq y expresados de manera diferencial por RNA-seq (Fig. 6d). Dentro de estos 191 genes, la mayoría de los picos unidos a UTX se ubicaron en las regiones promotora (20,58%), intrónica (46,94%) e intergénica (27,4%) (Fig. 6e). Los genes notables involucrados en la homeostasis de las células NK (Bcl2 y Thy1; Fig. 6f) 30,42 y la función efectora (Ifng y Csf2) estaban unidos a UTX, eran accesibles de manera diferencial y se expresaban de manera diferencial (Fig. 6g). Además, de los 191 genes unidos a UTX, la expresión de 140 genes disminuyó, mientras que los 51 genes restantes aumentaron (Tabla de datos complementarios 3), lo que corrobora un informe previo en células T de que UTX funciona tanto en la activación como en la represión de la transcripción de genes. El análisis de la vía Enrichr44 en estos 191 genes unidos a UTX reveló una disminución de la respuesta inflamatoria, la señalización de IFN y las vías de citotoxicidad de las células NK en las células NK UTXNKD (Datos ampliados, figura 6g). Por el contrario, en las células NK UTXNKD se observó un aumento del proceso catabólico celular y de las vías de señalización de la apoptosis, que incluyen genes tanto proapoptóticos como antiapoptóticos (por ejemplo, Bcl2, Bbc3 y Gadd45g). Entre los picos unidos a UTX con expresión dependiente de UTX y diferencias de accesibilidad a la cromatina (191 genes únicos), el análisis de regresión lineal mostró una correlación positiva significativa (R de Pearson=0.5165, P < 0,0001) entre los picos unidos a UTX con expresión dependiente de UTX y diferencias de accesibilidad a la cromatina (191 genes únicos). accesibilidad y expresión genética (Datos ampliados, Fig. 6h, i). Las regiones ocupadas por UTX dentro de los loci de los genes Bcl2, Thy1, Ifng y Csf2 correspondieron con regiones en las que también se observaron diferencias en accesibilidad y expresión génica (Fig. 6f, g). Estos datos sugieren que UTX regula la accesibilidad a la cromatina y las vías de transcripción de genes importantes en la regulación de la homeostasis y la función de las células NK.
Se sabe que UTX interactúa con factores de transcripción (TF) para orquestar la transcripción del gen diana40. Para identificar supuestos motivos de TF con accesibilidad diferencial debido a la pérdida de UTX, realizamos un análisis de motivos de TF HOMER (Optimización hipergeométrica del enriquecimiento de motivos) 45 en picos de acceso diferencial identificados por ATAC-seq (Datos extendidos, figura 6j). Los TF asociados con la función efectora de las células NK (por ejemplo, miembros de la familia Runt (Runx1 y Runx2)46 y T-box (Eomes, T-bet, Tbr1 y Tbx6)47) fueron más significativos y tenían un mayor porcentaje de motivos objetivo asociados con Disminución de la accesibilidad en UTXNKD (grupos 1, 2, 3 y 6; Datos ampliados, Fig. 6j). Por el contrario, los TF asociados con la proliferación, diferenciación y metabolismo en el dedo de zinc y los TF de la familia ETS48 se asociaron más significativamente con una mayor accesibilidad (grupos 4 y 5; Datos ampliados, Fig. 6j). Además, el análisis del motivo TF de los picos unidos a UTX mediante UTX CUT&Tag corrobora estos resultados al revelar TF críticos tanto en los procesos efectores de las células NK (T-bet, Eomes, Runx1 y Tbx5) como en los programas de desarrollo (ETS1 y AP-1; Datos ampliados (Fig. 6k). Estos datos sugieren tanto la accesibilidad diferencial como la unión directa a UTX de importantes motivos de unión a TF implicados en la regulación de la aptitud de las células NK y los procesos efectores. Estos análisis sugieren que UTX modula el paisaje de la cromatina para controlar la expresión de genes importantes en la homeostasis de las células NK (Bcl2 y Thy1) y la función efectora (Ifng y Csf2). En última instancia, estos hallazgos sugieren un modelo en el que los niveles diferenciales de expresión de UTX pueden ser la base del dimorfismo sexual en las células NK como regulador central de la aptitud y la función efectora de las células NK (Fig. 6h).
Figura 6|Cambios globales en la accesibilidad y transcripción de la cromatina de las células NK mediados por UTX. a – c, 4:1 WT: se generaron mBMC de UTXNKD mediante la transferencia de médula ósea WT (CD45.1+ ) y UTXNKD (CD45.2+ ) a ratones huéspedes con linfodepleción (CD451x2) y se les permitió reconstituirse durante 6 semanas. Las células NK esplénicas se clasificaron para la preparación de bibliotecas ATAC-seq y RNA-seq (n=3 por grupo). Gráficos de líneas (izquierda) y mapa de calor (derecha) de picos agrupados de medias c difusas accesibles diferencialmente identificados por ATAC-seq (a) y genes expresados diferencialmente identificados por RNA-seq (b) de células NK esplénicas de WT: ratones UTXNKD mBMC (valor P ajustado < 0.05 y puntuación de membresía > 0.5). Los gráficos de líneas muestran la media (línea negra) y la desviación estándar (cinta roja) de los valores de significancia log2 normalizados centrados en la media (FDR y valor de P ajustado <0,05). c, Análisis de ruta de genes RNA-seq agrupados de medias difusas significativas usando g: perfilador con tamaño de punto que indica −log10 (valor de P; calculado por g: GOSt usando la prueba de una cola de Fisher). d – g, Anti-UTX CUT&Tag se realizó en células NK WT y UTXNKD e identificó 5746 picos únicos unidos a UTX (n=3 por grupo). d, diagrama de Venn que describe los genes superpuestos de acceso diferencial (DA) identificados por ATAC-seq y los genes expresados diferencialmente (DE) identificados por RNA-seq. e, Ubicación de los picos vinculados a UTX. f,g, pistas de genes representativos del navegador de genoma integrado UCSC de anti-UTX CUT&Tag ('anti-UTX'), ATAC-seq y RNA-seq de Bcl2 y Thy1 (f) e Ifng y Csf2 (g); El eje y representa los recuentos por millón (CPM). h, Esquema de cómo los niveles diferenciales de expresión de UTX subyacen al dimorfismo sexual en la composición y función de las células NK (izquierda). Diagrama de cómo UTX puede estar regulando los programas genéticos involucrados en el número de células NK y la función efectora durante la homeostasis y la infección viral (derecha). Creado con BioRender.com.
Discusión
El sexo es una variable biológica crítica para determinar los resultados de las infecciones virales3. Esto quedó ilustrado recientemente con la COVID-19, en la que se identificó el sexo masculino como un importante factor de riesgo de enfermedad grave5. Además, estudios recientes han relacionado la disfunción de las células NK con la enfermedad grave de COVID-1949. Dada la importancia de las células NK en la inmunidad antiviral, comprender las causas fundamentales de las diferencias sexuales en la biología de las células NK tendrá implicaciones de gran alcance para optimizar las respuestas efectoras endógenas. En este estudio, demostramos que una menor expresión de UTX en células NK masculinas contribuye a su mayor número y a su menor funcionalidad efectora. La UTX de las células NK es necesaria para controlar la aptitud de las células NK, modular la accesibilidad de los motivos de unión de TF, aumentar la accesibilidad de la cromatina en los loci del gen efector y preparar las células NK para una respuesta rápida a la infección viral.
Además de las células NK, se ha informado dimorfismo sexual en las células B, monocitos, neutrófilos, células T CD4+ y células T CD8+25. Si bien se ha informado previamente que las diferencias sexuales en las células inmunes están mediadas por hormonas sexuales gonadales50–52, sigue siendo posible que un subconjunto de estas disparidades también pueda atribuirse a la expresión diferencial de UTX. En apoyo de esta posibilidad, la deficiencia de UTX se ha asociado con una disminución del número de células T y de células T NK invariantes53–55; y las transcripciones de UTX son más bajas en células masculinas que femeninas para múltiples tipos de células inmunitarias (células T CD4+, células T CD8+, monocitos, células B) consultadas en la base de datos DICE56. Se necesitan más estudios fenotípicos para determinar el papel de UTX en la modulación de las diferencias sexuales en otros tipos de células inmunes. Las funciones efectoras mediadas por células NK incluyen la producción de citoquinas y la expresión de moléculas citotóxicas. Nuestros análisis multiómicos sugieren que UTX prepara el paisaje de cromatina de las células NK para responder rápidamente a los desafíos virales al aumentar la accesibilidad y la transcripción de los loci efectores. Estos estudios revelaron 191 genes (incluidos Ifng y Csf2) 20,32 que estaban unidos simultáneamente por UTX, accesibles y expresados de manera diferencial. La disminución de la producción de citocinas IFN y GM-CSF y la capacidad citolítica deteriorada de las células NK deficientes en UTX respaldan el papel de UTX en la promoción de la funcionalidad efectora durante la inflamación. Sin embargo, puede haber consecuencias indirectas adicionales de la regulación genética mediada por UTX que desempeñan funciones importantes en la función efectora de las células NK, como lo demuestran los genes adicionales que se expresan diferencialmente pero no se unen a UTX.
Como desmetilasa H3K27me3, UTX prepara la cromatina para la expresión génica activa57. Además de su actividad catalítica, UTX funciona en complejos multiproteicos con otros reguladores epigenéticos (por ejemplo, SWI/SNF, MLL4/5 y p300) para mediar en la remodelación de la cromatina de manera independiente de la desmetilasa36,57. Informamos las funciones independientes de la desmetilasa de UTX en la regulación de la homeostasis y los programas efectores en las células NK. Esto contrasta con el papel de UTX en las células T NK invariantes, en las que se requiere su actividad desmetilasa53. Por tanto, los mecanismos moleculares mediante los cuales funciona UTX pueden ser específicos del linaje. En apoyo de esta hipótesis, se ha informado que UTX interactúa con TF específicos de linaje en células T para apuntar a loci efectores40. Nuestro análisis del motivo HOMER reveló posibles interacciones de UTX con Runx1, Runx2, Eomes y otros TF importantes para la función efectora de las células NK durante la infección viral46,47. Además, estos análisis también apuntan a interacciones de UTX con KLF1, KLF5, Sp2 y otros TF asociados con la proliferación, diferenciación y metabolismo de las células NK48. Además, nuestros resultados respaldan estudios publicados previamente en los que se ha informado que UTX en otros tipos de células coordina respuestas con T-bet, Eomes y Tbx5 (ref. 40), ETS1 (ref. 48) y AP-1 ( ref.58). Finalmente, se ha demostrado que Runx1 interactúa con los complejos BRG1 y SWI/SNF regulados por UTX46. Sin embargo, debido a la naturaleza correlativa del análisis HOMER, se necesitan más estudios con coinmunoprecipitación y espectrometría de masas para verificar experimentalmente estas interacciones in situ. Además, como fugitivo constitutivo de XCI, UTX puede tener mecanismos específicos del tipo de célula a través de dos posibilidades: (i) conjunto de cofactores presentes y (ii) disponibilidad de sus socios de unión epigenética. UTX depende de subproductos de vías metabólicas para cofactores (por ejemplo, Fe (II), -cetoglutarato y oxígeno) cruciales para su actividad enzimática59. Por lo tanto, dependiendo del estado metabólico, existen distintos grupos de cofactores accesibles para la función desmetilasa de UTX, lo que permite niveles diferenciales de actividad catalítica según el tipo de célula. Además, la funcionalidad de UTX también puede depender de la actividad y el nivel de expresión de sus socios de unión (por ejemplo, MLL3/4, SWI/SNF y p300) que están codificados de forma autosómica.
Beneficios de cistanche para hombres: fortalece el sistema inmunológico.
Sopesar los factores que definen subconjuntos de pacientes con diferentes respuestas inmunitarias nos permitirá pasar de un enfoque terapéutico de "talla única" a un paradigma de medicina de precisión. La deficiencia de UTX se ha asociado con el síndrome de Kabuki y el síndrome de Turner60, dos afecciones humanas asociadas con la desregulación inmune y el aumento de infecciones. Nuestros hallazgos sugieren la posibilidad de que la deficiencia de UTX en las células NK humanas pueda contribuir a la disminución de la inmunovigilancia viral observada en estos pacientes, aunque se necesitarán trabajos futuros para respaldar esta hipótesis. Además, es necesario comprender las diferencias sexuales en la función de las células NK para incorporar el sexo como un factor biológico en las decisiones de tratamiento. En hombres con enfermedades virales graves, por ejemplo, mejorar la actividad de las células NK UTX puede proporcionar beneficios terapéuticos. Esperamos que estos conocimientos sean importantes no sólo en el contexto de infecciones virales sino también en otras infecciones y cáncer, donde las células NK también desempeñan un papel importante. Estos hallazgos también pueden tener implicaciones importantes para las terapias celulares adoptivas, en las que las células NK son objeto de intenso interés61.
Referencias
1. Wilkinson, NM, Chen, HC, Lechner, MG y Su, MA Diferencias sexuales en inmunidad. Annu Rev. Immunol. 40, 75–94 (2022).
2. Klein, SL y Flanagan, KL Diferencias de sexo en las respuestas inmunitarias. Nat. Rev. Immunol. 16, 626–638 (2016).
3. Pardue, M.-L. & Wizemann, TM Explorando las contribuciones biológicas a la salud humana: ¿importa el sexo? Prensa de las Academias Nacionales https://doi.org/10.17226/10028 (2001).
4. Gianella, S. et al. Diferencias de sexo en la replicación del CMV y la persistencia del VIH durante el TAR supresivo. Foro abierto Infectar. Dis. 7, ofaa289 (2020).
5. Takahashi, T. & Iwasaki, A. Diferencias de sexo en las respuestas inmunitarias. Ciencia 371, 347–348 (2021).
6. Patín, E. et al. La variación natural en los parámetros de las células inmunes innatas está impulsada preferentemente por factores genéticos. Nat. Inmunol. 19, 302–314 (2018).
7. Huang, Z. et al. Efectos del sexo y el envejecimiento en el panorama de las células inmunitarias evaluados mediante análisis transcriptómico unicelular. Proc. Acad. Nacional. Ciencia. Estados Unidos 118, e2023216118 (2021).
8. Talebizadeh, Z., Simon, SD & Butler, MG Expresión del gen del cromosoma X en tejidos humanos: comparaciones masculinas y femeninas. Genómica 88, 675–681 (2006).
9. Fang, H., Disteche, CM y Berletch, JB Inactivación y escape de X: características epigenéticas y estructurales. Frente. Desarrollo celular. Biol. 7, 219 (2019).
10. Chen, X. et al. La diferencia de sexo en los defectos del tubo neural en ratones p53-nulos es causada por diferencias en el complemento de los genes X, no Y. Desarrollo. Neurobiol. 68, 265–273 (2008).
11. Smith-Bouvier, DL et al. Un papel del complemento de los cromosomas sexuales en el sesgo femenino en las enfermedades autoinmunes. J. Exp. Medicina. 205, 1099–1108 (2008).
12. Souyris, M. et al. TLR7 escapa a la inactivación del cromosoma X en las células inmunes. Ciencia. Inmunol. 3, eap8855 (2018).
13. Hammer, Q., Ruckert, T. y Romagnani, C. Especificidad de las células asesinas naturales para infecciones virales. Nat. Inmunol. 19, 800–808 (2018).
14. Orange, JS Deficiencia de células asesinas naturales. J. Clínica de Alergia. Inmunol. 132, 515–525 (2013).
15. Bukowski, JF, Warner, JF, Dennert, G. & Welsh, RM Estudios de transferencia adoptiva que demuestran el efecto antiviral de las células asesinas naturales in vivo. J. Exp. Medicina. 161, 40–52 (1985).
16. Brown, MG y cols. Participación vital de un receptor de activación de células asesinas naturales en la resistencia a la infección viral. Ciencia 292, 934–937 (2001).
17. Welsh, RM, Brubaker, JO, Vargas-Cortes, M. y O'Donnell, CL Respuesta de las células asesinas naturales (NK) a infecciones virales en ratones con inmunodeficiencia combinada grave. La estimulación de las células NK y el control de las infecciones virales dependiente de las células NK se producen independientemente de la función de las células T y B. J. Exp. Medicina. 173, 1053–1063 (1991).
18. Bancroft, GJ, Shellam, GR y Chalmer, JE Influencias genéticas en el aumento de las células asesinas naturales durante la infección por citomegalovirus murino: correlación con patrones de resistencia. J. Inmunol. 126, 988–994 (1981).
19. Menees, KB et al. Alteraciones dependientes del sexo y la edad del perfil de las células inmunes esplénicas y los fenotipos y funciones de las células NK en ratones C57BL/6J. Inmune. Envejecimiento 18, 3 (2021).
20. Mujal, AM, Delconte, RB & Sun, JC Células asesinas naturales: de características innatas a adaptativas. Año. Rev. Immunol. 39, 417–447 (2021).
21. Loh, J., Chu, DT, O'Guin, AK, Yokoyama, WM y Virgin, HWT Las células asesinas naturales utilizan perforina e interferón gamma para regular la infección por citomegalovirus murino en el bazo y el hígado. J. Virol. 79, 661–667 (2005).
22. Orange, JS, Wang, B., Terhorst, C. & Biron, CA Requisito de interferón gamma producido por células asesinas naturales en defensa contra la infección por citomegalovirus murino y mejora de esta vía de defensa mediante la administración de interleucina-12. J. Exp. Medicina. 182, 1045-1056 (1995).
23. Nakaya, M., Tachibana, H. y Yamada, K. Efecto de los estrógenos en la población de células de esplenocitos de ratón productoras de interferón gamma. Biosci. Biotecnología. Bioquímica. 70, 47–53 (2006).
24. Chiossone, L. et al. La maduración de las células NK de ratón es un 4-programa de desarrollo por etapas. Sangre 113, 5488–5496 (2009).
25. Wainer Katsir, K. & Linial, M. Genes humanos que escapan de la inactivación de X revelados por datos de expresión unicelular. BMC Genomics 20, 201 (2019).
26. Yang, F., Babak, T., Shendure, J. y Disteche, CM Encuesta global sobre el escape de la inactivación de X mediante secuenciación de ARN en ratones. Genoma Res. 20, 614–622 (2010).
27. Berletch, JB y cols. El escape de la inactivación de X varía en los tejidos del ratón. PLoS Genet. 11, e1005079 (2015).
28. Arnold, AP Cuatro genotipos principales y modelos de ratón XY*: actualización sobre el impacto en la investigación de SABV. Neurociencias. Biocomportamiento. Rev. 119, 1–8 (2020).
29. Hasegawa, H. et al. La activación de p53 por Nutlin-3a, un antagonista de MDM2, induce apoptosis y senescencia celular en células leucémicas de células T adultas. Leucemia 23, 2090-2101 (2009).
30. Riggan, L. et al. El factor de transcripción Fli1 restringe la formación de células NK precursoras de la memoria durante la infección viral. Nat. Inmunol. 23, 556–567 (2022).
31. Min-Oo, G., Bezman, NA, Madera, S., Sun, JC y Lanier, LL Proapoptotic Bim regula la contracción de células NK específicas de antígeno y la generación del conjunto de células NK de memoria después de la infección por citomegalovirus. J. Exp. Medicina. 211, 1289-1296 (2014).
32. Louis, C. y otros. El GM-CSF derivado de células NK potencia la artritis inflamatoria y está regulado negativamente por CIS. J. Exp. Medicina. 217, e20191421 (2020).
33. Bjorkstrom, NK, Strunz, B. & Ljunggren, HG Células asesinas naturales en la inmunidad antiviral. Nat. Rev. Immunol. 22, 112-123 (2022).
34. Smyth, MJ y cols. La perforina contribuye de manera importante al control de las metástasis tumorales por parte de las células NK. J. Inmunol. 162, 6658–6662 (1999).
35. Van der Meulen, J., Speleman, F. y Van Vlierberghe, P. La desmetilasa UTX H3K27me3 en el desarrollo normal y la enfermedad. Epigenética 9, 658–668 (2014).
36. Wang, SP et al. Una red reguladora transcripcional UTX-MLL4-p300 da forma coordinada a paisajes de potenciadores activos para provocar la transcripción. Mol. Celda 67, 308–321 (2017).
37. Gozdecka, M. et al. El potenciador mediado por UTX y la remodelación de la cromatina suprimen la leucemogénesis mieloide mediante la regulación inversa no catalítica de los programas ETS y GATA. Nat. Gineta. 50, 883–894 (2018).
38. Wang, C. et al. UTX regula la diferenciación del mesodermo de las células madre embrionarias independientemente de la actividad desmetilasa H3K27. Proc. Acad. Nacional. Ciencia. Estados Unidos 109, 15324–15329 (2012).
39. Shih, HY et al. La adquisición de regulomas durante el desarrollo subyace a la funcionalidad de las células linfoides innatas. Celda 165, 1120-1133 (2016).
40. Miller, SA, Mohn, SE y Weinmann, AS Jmjd3 y UTX desempeñan un papel independiente de la desmetilasa en la remodelación de la cromatina para regular la expresión genética dependiente de miembros de la familia T-box. Mol. Celda 40, 594–605 (2010).
41. Kaya-Okur, HS et al. CUT&Tag para un perfil epigenómico eficiente de muestras pequeñas y células individuales. Nat. Comunitario. 10, 1930 (2019).
42. Kupz, A. et al. Contribución de las células Thy1+ NK a la producción protectora de IFN-gamma durante las infecciones por Salmonella typhimurium. Proc. Acad. Nacional. Ciencia. Estados Unidos 110, 2252–2257 (2013).
43. Langmead, B. & Salzberg, SL Alineación rápida de lectura entre espacios con Bowtie 2. Nat. Métodos 9, 357–359 (2012).
44. Chen, EY et al. Enrichr: herramienta de análisis de enriquecimiento de listas de genes HTML5 interactiva y colaborativa. BMC Bioinformática 14, 128 (2013).
45. Heinz, S. et al. Combinaciones simples de factores de transcripción que determinan el linaje preparan los elementos reguladores en cis necesarios para las identidades de macrófagos y células B. Mol. Celda 38, 576–589 (2010).
46. Rapp, M. et al. El factor de unión al núcleo beta y los factores de transcripción Runx promueven respuestas adaptativas de las células asesinas naturales. Ciencia. Inmunol. 2, ean3796 (2017).
47. Simonetta, F., Pradier, A. y Roosnek, E. T-bet y eomesodermina en el desarrollo, maduración y función de las células NK. Frente. Inmunol. 7, 241 (2016).
48. Presnell, JS, Schnitzler, CE y Browne, WE KLF/SP evolución de la familia de factores de transcripción: expansión, diversificación e innovación en eucariotas. Genoma Biol. Evolución. 7, 2289–2309 (2015).
49. Kramer, B. et al. Las firmas tempranas de IFN-alfa y la disfunción persistente son características distintivas de las células NK en la COVID grave-19. Inmunidad 54, 2650–2669 (2021).
50. D'Agostino, P. et al. Las hormonas sexuales modulan los mediadores inflamatorios producidos por los macrófagos. Ana. Académico de Nueva York. Ciencia. 876, 426–429 (1999).
51. Lu, FX y col. La fuerza de la inmunidad de las células B en los macacos rhesus hembra está controlada por las células T CD8+ bajo la influencia de hormonas esteroides ováricas. Clínico. Exp. Inmunol. 128, 10-20 (2002).
52. Singh, RP y Bischof, DS Las hormonas sexuales y el género influyen en la expresión de marcadores de células T reguladoras en pacientes con LES. Frente. Inmunol. 12, 619268 (2021).
53. Cook, KD y cols. La eliminación de una infección viral persistente dependiente de las células foliculares T colaboradoras requiere la expresión de la histona desmetilasa UTX en las células T. Inmunidad 43, 703–714 (2015).
54. Beyaz, S. et al. La histona desmetilasa UTX regula el programa epigenético específico del linaje de las células T asesinas naturales invariantes. Nat. Inmunol. 18, 184-195 (2017).
55. Mitchell, JE et al. UTX promueve las defensas antivirales mediadas por células T CD8+ pero reduce la durabilidad de las células T. Rep. celular 35, 108966 (2021).
56. Schmiedel, BJ y cols. Impacto de los polimorfismos genéticos en la expresión de genes de células inmunes humanas. Celda 175, 1701-1715 (2018).
57. Bosselut, R. Funciones pleiotrópicas de las desmetilasas H3K27Me3 en la diferenciación de células inmunitarias. Tendencias Inmunol. 37, 102-113 (2016).
58. Kechin, A., Boyarskikh, U., Kel, A. y Filipenko, M. cutPrimers: una nueva herramienta para el corte preciso de cebadores a partir de lecturas de secuenciación específica de próxima generación. J. Computación. Biol. 24, 1138-1143 (2017).
59. Hong, S. y otros. Identificación de UTX y JMJD3 que contienen el dominio JmjC como histona H3 lisina 27 desmetilasas. Proc. Acad. Nacional. Ciencia. Estados Unidos 104, 18439–18444 (2007).
60. Van Laarhoven, PM et al. Genes del síndrome de Kabuki KMT2D y KDM6A: los análisis funcionales demuestran funciones críticas en el desarrollo craneofacial, cardíaco y cerebral. Tararear. Mol. Gineta. 24, 4443–4453 (2015).
61. Rezvani, K. Terapia celular adoptiva utilizando células asesinas naturales diseñadas. Transpl. de médula ósea. 54, 785–788 (2019).
