Den X-koblede epigenetiske regulatoren UTX kontrollerer NK-celle-iboende kjønnsforskjeller

Virale infeksjonsutfall er kjønnsorienterte, med menn generelt mer utsatt enn kvinner. Paradoksalt nok øker antallet antivirale naturlige drepeceller (NK) hos menn. Vi demonstrerer at mens antall NK-celler økes hos hannmus, viser de redusert effektorfunksjon sammenlignet med hunner hos mus og mennesker. Disse forskjellene var ikke utelukkende avhengig av gonadale hormoner, fordi de vedvarte i gonadektomiserte mus. Kdm6a (som koder for proteinet UTX), en epigenetisk regulator som unnslipper X-inaktivering, var lavere i mannlige NK-celler, mens NK-celle-iboende UTX-mangel hos hunnmus økte NK-celletall og reduserte effektorresponser. Videre viste mus med NK-celle-intrinsisk UTX-mangel økt dødelighet for musecytomegalovirus. Integrativ multi-omics-analyse avslørte en kritisk rolle for UTX i regulering av kromatintilgjengelighet og genuttrykk kritisk for NK-cellehomeostase og effektorfunksjon. Til sammen impliserer disse dataene UTX som en kritisk molekylær determinant for kjønnsforskjeller i NK-celler.

Evolusjonært bevarte kjønnsforskjeller eksisterer i både medfødte og adaptive immunresponser1,2. Mens menn er mindre utsatt for autoimmunitet, har de også en mindre potent antiviral immunrespons enn kvinner. For eksempel har menn en høyere human cytomegalovirus (HCMV) byrde etter infeksjon, noe som tyder på økt mottakelighet for virale trusler4. Dette har også nylig blitt illustrert under pandemien med koronavirussykdom 2019 (COVID-19), der den sterke mannlige skjevheten for alvorlig sykdom har blitt postulert å gjenspeile kjønnsforskjeller i immunrespons5. Flere studier på mennesker og mus har nylig rapportert forskjeller i immuncellefordeling og/eller funksjon hos menn versus kvinner6,7. Imidlertid er det molekylære grunnlaget for disse forskjellene, og mekanismene som disse forskjellene påvirker sykdomsutfall med, fortsatt dårlig forstått. Kjønnsforskjeller hos pattedyr defineres ikke bare av divergerende gonadale hormoner, men også av kjønnskromosomdosering1. Ekspresjon av en undergruppe av X-koblede gener er for eksempel høyere hos kvinner (XX) enn hos menn (XY)8. Mens hunner gjennomgår tilfeldig X-kromosominaktivering (XCI) for å opprettholde lignende nivåer av X-koblet proteinuttrykk mellom kjønn, er XCI ufullstendig, med 3–7 % av X-kromosomgenene som unnslipper inaktivering hos mus og 20–30 % unnslipper inaktivering i mennesker8,9. Som sådan har differensielle nivåer av X-koblet genuttrykk hos kvinner versus menn blitt knyttet til kjønnsforskjeller i et bredt spekter av tilstander, inkludert nevralrørsdefekter10 og autoimmun sykdom11,12. Som sirkulerende type 1 medfødte lymfocytter fungerer NK-celler som en tidlig forsvarslinje mot familiemedlemmer av herpesvirus13. Betydningen av NK-celler i antiviral immunitet er illustrert hos pasienter med defekte NK-celletall eller funksjonalitet, som er svært utsatt for infeksjon med herpesvirus som HCMV og Epstein-Barr-virus14. Hos mus er NK-celler nødvendig for kontroll av musecytomegalovirus (MCMV) og andre virusinfeksjoner15. Mus med enten genetisk mangel i NK-cellefunksjon eller tap av NK-celletall har en betydelig økning i virale titere og dødelighet etter MCMV-infeksjon15–18. Dermed er NK-celler kritiske i antiviral immunitet hos både mus og mennesker.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Gitt den potente antivirale funksjonen til NK-celler, var det derfor uventet at virusmottakelige menn viser høyere antall NK-celler6,7. Utover NK-celletall, kan andre tidligere ikke verdsatt seksuelt dimorfe NK-cellefunksjon(er) i stedet forklare kjønnsforskjeller under virusinfeksjon. Vi demonstrerer at mens mannlige NK-celler viser forbedret cellulær kondisjon hos mus, viser de redusert effektorfunksjon hos mus og mennesker. Disse kjønnsskjevhetene i NK-cellesammensetning og funksjon skyldtes ikke fullstendig hormonelle forskjeller, fordi de vedvarte i gonadektomiserte mus. Gjennom differensiell ekspresjonsscreening identifiserte vi den X-koblede epigenetiske regulatoren og kjente XCI escapee UTX, som ble uttrykt ved betydelig lavere nivåer i både mus og menneskelige mannlige NK-celler. UTX regulerte både NK-cellekondisjon og effektorfunksjon på en doseavhengig måte fordi UTX-haploinsuffisiens i kvinnelige NK-celler var tilstrekkelig til å øke NK-celletall samtidig som det svekket cytokinproduksjon og cytotoksisitet. Kvinnelige UTX-mangelfulle NK-celler viste økt utholdenhet in vivo og motstand mot apoptose ex vivo, samt økt mottakelighet for MCMV-infeksjon. Disse effektene var uavhengige av UTXs iboende demetylaseaktivitet, da NK-celletall og interferon (IFN)-produksjon var uendret i mus som uttrykker en 'demetylasedød' UTX-mutant. Integrativ analyse ved bruk av analysen for transposase-tilgjengelig kromatin ved bruk av sekvensering (ATAC-seq), bulk RNA-sekvensering (RNA-seq), og anti-UTX CUT&Tag (Cleavage Under Targets and Tagmentation Assay) av villtype (WT) og UTX- mangelfulle NK-celler avslørte en kritisk rolle for UTX i å regulere uttrykket av gen-loci involvert i NK-cellekondisjon og effektorresponser. Funnene våre identifiserer UTX som en hoveddriver for kjønnsforskjeller i NK-cellehomeostase og effektorfunksjon gjennom demetylase-uavhengig modulering av genuttrykk.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Klikk her for å se Cistanche Enhance Immunity-produkter

【Be om mer】 E-post:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Resultater

NK seksuell dimorfisme er uavhengig av gonadale kjønnshormoner

En nylig undersøkelse som undersøkte milt av C57BL/6-mus rapporterte økt antall NK-celler hos hanner versus kvinner19. I samsvar med disse dataene observerte vi at milt-NK-celler (identifisert som CD3− TCR − NK1.1+; utvidede data, fig. 1a) øker i frekvens (fig. 1a,b) og absolutte tall (fig. 1c) ) i C57BL/6 hannmus sammenlignet med hunner. Disse funnene tyder på at andre seksuelt dimorfe trekk utover NK-celletall kan forklare økt mannlig mottakelighet for virusinfeksjoner. Som svar på virusinfeksjon er NK-celler kritiske for tidlig produksjon av pro-inflammatoriske cytokiner, spesielt IFN- 20–22. For å teste om kjønnsforskjeller eksisterer i NK-celle-iboende funksjon, sammenlignet vi effektorcytokinproduksjon i NK-celler isolert fra hunnmus versus hannmus ex vivo. Stimulering med de pro-inflammatoriske cytokinene interleukin (IL)-12 og IL-15 resulterte i lavere IFN-produksjon av mannlige NK-celler (fig. 1d,e og utvidede data fig. 1b). Lignende resultater ble observert som respons på IL-12 og IL-18 (Utvidede data Fig. 1c,d), noe som tyder på en respektiv defekt i mannlige NK-cellers respons på cytokinstimulering. I tillegg resulterte humane NK-celler (TCR − CD3− CD56+) isolert fra mononukleære celler fra perifert blod (PBMC) aktivert med IL-12- og K562-leukemiceller i en lavere prosentandel av IFN- + (Fig. 1f og utvidede data Fig. 1e) og IFN-midlere fluorescensintensitet (MFI; Fig. 1g) i mannlige versus kvinnelige NK-celler. Selv om antallet NK-celler økes, reduseres mannlige NK-celleeffektorcytokinproduksjon konsekvent hos både mus og mennesker som respons på pro-inflammatoriske cytokiner indusert under virusinfeksjon.

Kvinnelig eller mannlig kjønn er basert på en sammensetning av gonadale hormoner (for eksempel østrogener eller androgener) og kjønnskromosomer (for eksempel 46XX eller 46XY)1. Tidligere studier har vist den direkte effekten av gonadale hormoner i reguleringen av IFN-produksjon av NK-celler23, men det er fortsatt mulig at kjønnsforskjeller i NK-celler også kan tilskrives celle-iboende faktorer. For å identifisere kjønnshormonmedierte effekter, undersøkte vi NK-celleoverflod og funksjon i gonadektomiserte mus. Gonadektomi klarte ikke å eliminere kjønnsforskjeller i NK-cellefrekvens (fig. 1h og utvidede data fig. 1f), absolutte tall (fig. 1i) og IFN-proteinproduksjon som respons på cytokinstimulering (fig. 1j,k og utvidede data fig. 1g), som indikerer at gonadehormoner ikke alene er ansvarlige for kjønnsforskjeller i NK-celler. Mens NK-cellemodningsundersett identifisert av CD11b- og CD27-ekspresjon har differensiell kapasitet for overlevelse og effektorfunksjon24, viste milt-NK-celler avledet fra enten WT eller gonadektomiserte hunn- og hannmus ikke signifikante forskjeller i frekvensene til NK-cellemodningsundersett (Utvidet data Fig. . 1t–k). Disse resultatene indikerte at de observerte kjønnsskjevhetene i NK-celleantall og effektorfunksjon ikke skyldes differensielle modningstilstander. Dermed antok vi at kjønnskromosomdosering kan bidra til differensiell NK-celleoverflod og funksjon mellom kjønn.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

UTX slipper unna X-inaktivering og kommer mer til uttrykk hos kvinner

Mens 46XX kvinner gjennomgår XCI for å kontrollere doser av X-koblede gener, unnslipper en undergruppe av gener XCI (kalt XCI escapees), noe som ofte resulterer i høyere uttrykk hos kvinner sammenlignet med menn25,26. Dermed kan økt XCI rømningsuttrykk hos kvinner sammenlignet med menn potensielt mediere kjønnsforskjeller i NK-celler. Mens forskjellige gener unnslipper X-inaktivering hos mennesker og mus, har fem gener (XIST, DDX3X, KDM6A, EIF2S3, KDM5C) tidligere blitt identifisert som XCI-rømmer i begge27. XIST ble ekskludert fra videre analyse fordi det ikke kommer til uttrykk i mannlige celler på grunn av sin kjente rolle i XCI i kvinnelige celler1. Alle fire gjenværende gener ble signifikant nedregulert i mannlige versus kvinnelige NK-celler, i både mennesker (fig. 2a) og mus (fig. 2b). Kdm6a (som koder for UTX) transkripsjonsnivåer viste det mest seksuelt dimorfe uttrykket i både menneskelige og muse-NK-celler (fig. 2a,b). Hann-NK-celler uttrykte også lavere UTX-proteinnivåer sammenlignet med hunn-NK-celler i mus (fig. 2c,d). Disse forskjellene i Kdm6a-transkripsjonsnivåer og UTX-proteinnivåer vedvarte i både gonadektomiserte mus (Fig. 2e–g) og Four Core Genotypes (FCG) mus (Utvidet Data Fig. 2a) der kjønnskromosomkomplement (XX eller XY) er koblet fra gonadale kjønnsorgan (eggstokker eller testikler)28. Disse dataene indikerer at ekspresjonsnivåer av Kdm6a (UTX) er kjønnsorienterte i NK-celler og først og fremst diktert av X-kromosomdosering i stedet for gonadale hormoner.

UTX undertrykker NK-cellekondisjon

For å bestemme om UTX medierer de observerte kjønnsforskjellene i NK-celler, genererte vi en serie mus med doseavhengig tap av UTX. Først genererte vi hunnmus med en heterozygot sletting av UTX i NK-celler (Kdm6afl/WT Ncr1Cre+, heretter referert til som UTXHet; Supplerende datatabell 1) for å etterligne den enkle kopien av UTX uttrykt hos hanner. Vi bekreftet lignende NK-celle UTX-proteinekspresjon mellom UTXHet-hunn- og WT-hannmus (Kdm6afl/y Ncr1Cre-) (Utvidede data Fig. 2b). Hunn UTXHet mus viste lignende milt NK celletall sammenlignet med hann WT (fig. 3a, b), og begge viste økt antall NK celler sammenlignet med kvinnelige WT. Ingen signifikante forskjeller i modning ved CD11b- og CD27-ekspresjon ble observert mellom NK-celler fra WT-hunn-, WT-hann- og UTXHet-hunnmus (Utvidede data Fig. 2c). Dermed var tap av en kopi av UTX tilstrekkelig til å øke NK-celletall på en modningsuavhengig måte. Vi produserte deretter mus med en homozygot sletting av UTX (Kdm6afl/flNcr1Cre+, heretter referert til som UTXNKD; Supplerende datatabell 1), noe som resulterte i tap av begge kopiene av UTX i NK-celler. UTX-proteinekspresjon var signifikant lavere i kvinnelige UTXNKD NK-celler sammenlignet med kvinnelige WT NK-celler ved flowcytometri (Utvidet data Fig. 2b), samt lavere sammenlignet med NK-celler med en enkelt UTX-kopi (det vil si mannlige WT og kvinnelige UTXHet ). Fraværet av UTX-protein ved den forutsagte størrelsen (180 kD) i kvinnelige UTXNKD sammenlignet med WT NK-celler ble bekreftet med western blot (utvidet data fig. 2d). NK-cellefrekvenser og absolutte tall økte med synkende UTX-kopinummer (fig. 3c, d og utvidede data fig. 3a). Disse dataene impliserer UTX i å regulere NK-cellefrekvens og absolutte tall på en doseavhengig måte.

Fig. 1|Kjønnsforskjeller i IFN-produksjon og NK-celletall er uavhengige av gonadale hormoner. a–c, Representative prikkplott (a), frekvens (b) og absolutte tall (c) av milt-NK-celler (CD3− TCR − NK1.1+) hos hunn- og hannmus C57BL/6 (n { {7}} per gruppe). d,e, prosentandel IFN- + (d) og normalisert IFN-MFI (e) av totale milt-NK-celler fra hunn- kontra hannmus dyrket uten behandling (NT) eller IL{{10} } (50 ng ml−1) og IL-12 (20 ng ml−1) i 4 timer, normalisert til MFI av kvinnelig IL-15/IL{ {18}} behandling (n=8 per gruppe). f,g, prosentandel IFN{{20}} (f) og normalisert IFN-MFI (g) av CD3− CD56+ kvinnelig (n=6) og mannlig (n { {25}}) humane NK-celler dyrket og stimulert med 10 ng ml−1 av IL-12 i 16 timer i nærvær av K562-celler, normalisert til MFI av kvinnelig IL-12 behandling. h, i, Frekvens (h) og absolutt antall (i) av milt-NK-celler i gonadektomiserte hunn- og hannmus (n=18 per gruppe). j,k, prosentandel IFN- + (j) og normalisert IFN-MFI (k) av totale milt-NK-celler isolert fra gonadektomiserte hunn- og hannmus og dyrket med NT eller IL-15 (50 ng ml− 1) og IL-12 (20 ng ml−1) i 4 timer (n=12 per gruppe). Data er representative for 2–4 uavhengige eksperimenter. Prøver ble sammenlignet ved bruk av en tosidet uparret Students t-test, og datapunkter presenteres som individuelle mus med gjennomsnitt ± sem (*P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001; ****P < 0,0001). Spesifikke P-verdier er som følger: b=0.0002; c=0.006; d=0.0036; e=0.0013; f=0.04; g=0.03; h < 0,0001; i=0.0006; j=0.0234; k=0.0019.

For å definere mekanismene som ligger til grunn for det økte antallet NK-celler i UTXNKD-mus (CD45.2+), ble det produsert et 1:1-forhold av blandede benmargskimeriske (mBMC) mus med WT (CD45.1+). . Seks uker etter rekonstituering observerte vi en markant konkurransefordel av kvinnelige UTXNKD (CD45.2+) NK-celler sammenlignet med WT hos kvinnelige mottakere (CD451x2) etter benmargstransplantasjon (Utvidede data Fig. 3b,c). I motsetning til NK-celler, viste T-celler fra samme giver (UTXNKD, CD45.2+), som er tilstrekkelig med UTX på grunn av NK-spesifikk sletting av UTX, det opprinnelige injeksjonsforholdet (1:1; utvidet data Fig. 3b,c). Disse dataene antyder at UTX undertrykte NK-celletall på en celle-iboende måte under utvikling. For å teste om denne fenotypen ble drevet av forskjeller i spredning, analyserte vi celledelingsmarkøren Ki67 i milt-NK-celler i WT: UTXNKD mBMC-mus, injisert i et 4:1-forhold for å normalisere celleantall mellom genotyper. Paradoksalt nok viste UTXNKD NK-celler lavere frekvenser av Ki67+-celler og viste mindre CFSE-fortynning som respons på IL-15 (utvidet data fig. 3d,e). Disse resultatene tyder på at de høyere NK-celletallene observert i UTXNKD-mus ikke skyldtes økt spredning. Gitt disse resultatene, antok vi at den forhøyede frekvensen av NK-celler i UTXNKD-mus (fig. 3c, d) kan skyldes forbedret cellulær egnethet til NK-celler i fravær av UTX-ekspresjon. For å teste denne muligheten ble medfødt distinkte WT (CD451x2) og UTXNKD (CD45.2+) milt NK-celler merket med Cell Trace Violet (CTV) og overført til WT (CD45.1+) mottakere ved en 1:1-forhold (utvidet data fig. 3f). På dag 7 etter overføring ble den overførte populasjonen skjevt mot UTXNKD NK-celler i resipientmilter (fig. 3e,f), noe som demonstrerte celle-iboende UTX-undertrykkelse av moden NK-cellehomeostase. Denne forskjellen skyldtes ikke endret spredning, fordi CTV-fortynning av begge overførte populasjoner var minimal på dag 7 etter overføring (utvidet data fig. 3g). For å teste om UTX undertrykte NK-cellehomeostase gjennom regulering av apoptose, sammenlignet vi spaltet caspase 3-ekspresjon i sorterte NK-celler inkubert med enten IL-15 alene eller med IL-15 og en apoptoseinduser, Nutlin{{42 }}a29. Lavere UTX-ekspresjon korrelerte med reduserte spaltede caspase 3+ NK-celler i nærvær av lavdose IL-15 og Nutlin-3a-behandling (fig. 3g,h). Dessuten viste mannlige NK-celler også en beskjeden, men signifikant reduksjon i frekvensen av spaltede caspase 3+ NK-celler som respons på Nutlin-3a sammenlignet med kvinnelige NK-celler, som også vedvarte i gonadektomiserte mus (utvidet data) Fig. 3h–k). Dessuten er regulering av NK-celleapoptose og overlevelse avhengig av de relative ekspresjonsnivåene av Bcl-2 (anti-apoptotisk faktor)30, som kan antagoniseres av Bim (pro-apoptotisk faktor)31. UTXNKD NK-celler viste økt intracellulær proteinekspresjon av Bcl-2 og en beskjeden økning i Bim (fig. 3i,j og utvidede data fig. 3l) sammenlignet med WT NK-celler. Dette resulterte i et betydelig økt Bcl-2:Bim-forhold i UTXNKD NK-celler (fig. 3k). Mannlige NK-celler viste også en signifikant økning i Bcl-2:Bim-forhold (fig. 3l), som vedvarte etter gonadektomi (fig. 3m). Sammen viser disse dataene at endrede UTX-nivåer kan ligge til grunn for kjønnsforskjeller i NK-cellekondisjon gjennom regulering av Bcl-2-uttrykk.

Fig. 2|X-koblet UTX viser seksuelt dimorft genuttrykk uavhengig av kjønnshormoner.a Normalisert uttrykk for XCI-escapee-gener ved bruk av DICE-database RNA-seq-data på sorterte NK-celler fra humane kvinner (n=36) versus hanner (n {{4 }}) normalisert til kvinner. b, Normalisert ekspresjon av XCI rømte gener ved kvantitativ PCR med revers transkripsjon (RT–qPCR) i milt NK-celler fra hunnmus versus hannmus (C57BL/6; 8 uker gamle, n=5 per gruppe). Gener er ordnet ved å øke foldendring mellom hunner og hanner fra venstre til høyre. c,d, representativt histogram (c) og normalisert MFI (d) av UTX-proteinekspresjon i milt-NK-celler fra naive hunnmus versus hannmus ved flowcytometri, normalisert til MFI av hunnmus (C57BL/6; 8 uker gamle; n { {12}} per gruppe). e, Relativt uttrykk av Kdm6a (UTX) ved RT–qPCR av isolerte milt-NK-celler normalisert til kvinner (n=6 per gruppe). f,g Representative histogrammer (f) og relativ UTX MFI (g) av NK-celler ved flowcytometri fra milter fra gonadektomiserte hunn- og hannmus (n=6 per gruppe) normalisert til hunner. Prøver ble sammenlignet ved bruk av uparret to-halet Students t-test, og datapunkter presenteres som individuelle mus med gjennomsnittet ± sem (*P < 0.{{20}}5; **P < 0,01; ***P < 0,001). Spesifikke P-verdier er som følger: a < 0,001; b: Ddx3x=0.03, Kdm5c=0.0017, Eif2s3 = 0.0113, Kdm6a=0.000087; d=0.003; e=0.008; g=0.0029).

UTX forbedrer NK-celleeffektorfunksjonen

Fordi mannlige NK-celler viste redusert IFN-produksjon (fig. 1d,e) uavhengig av gonadale hormoner (fig. 1j,k), forsøkte vi deretter å bestemme om denne fenotypen ble regulert av UTX-nivåer. Etter cytokinstimulering var frekvenser og absolutte antall IFN- -produserende celler (fig. 4a og utvidede data, fig. 4a,b) samt IFN-MFI (fig. 4a) like mellom mannlige WT og kvinnelige UTXHet NK celler. IFN-produksjon av kvinnelige UTXHet NK-celler var mellomliggende mellom kvinnelige WT og kvinnelige UTXNKD NK-celler (fig. 4a og utvidede data fig. 4a,b). Denne trenden ble også observert ved å sammenligne NK-celle IFN-akkumulering ved ELISA (fig. 4b). Dessuten var dette fenomenet ikke spesifikt for IFN-, fordi produksjon av granulocytt-makrofag kolonistimulerende faktor (GM-CSF), et pro-inflammatorisk NK-effektormolekyl32, også ble redusert med synkende UTX-kopiantall i kvinnelige NK-celler (fig. 4c) ).

I tillegg til cytokinproduksjon er cytolytisk aktivitet av NK-celler avgjørende for antiviral33 og antitumorforsvar34. For å vurdere kjønnsforskjeller i NK-celle cytotoksisitet, utførte vi drepeanalyser med major histocompatibility complex (MHC) klasse I-mangelfulle MC38-celler som mål. Ved et 4:1 effektor:mål-forhold, viste hann-WT NK-celler signifikant lavere lysis av målceller sammenlignet med kvinnelige WT (fig. 4d), som ble opprettholdt i gonadektomiserte mus (utvidet data, fig. 4c). Nedsatt målcelledrap av mannlige NK-celler skyldtes ikke forskjeller i degranulering, fordi CD107a-nivåer var like mellom kvinnelige og mannlige NK-celler (Utvidede data Fig. 4d,e). Hannene produserte imidlertid betydelig lavere nivåer av cytotoksiske molekyler perforin og granzym B som respons på IL-15 og anti-NK1.1-aktiverende reseptorligering (Utvidede data Fig. 4d,e). Spesielt UTXHet og mannlige WT NK-celler viste lignende drepekapasitet (fig. 4d), som var mellomliggende mellom kvinnelige WT- og UTXNKD NK-celler (fig. 4d). Sammen antyder disse dataene at UTX øker NK-celle cytotoksisitet på en doseavhengig måte.

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Tatt i betraktning de observerte effektene av UTX-tap på NK-celleeffektorfunksjon, undersøkte vi om UTXNKD-mus var mer sårbare for virusinfeksjon. Rask IFN- og GM-CSF-produksjon er avgjørende for NK-cellemediert antiviral kontroll20. Påfallende nok bukket UTXNKD-mus raskt under for infeksjon (n=3/8 overlevde) etter utfordring med en subletal dose av MCMV (fig. 4e). Videre viste UTX-mangelfulle milt-NK-celler en markert defekt i IFN-produksjon og granzym B-produksjon i totale NK-celler på dag 1.5 etter infeksjon (fig. 4f og utvidede data fig. 4f, g). I tillegg ble en lignende defekt i IFN-produksjon av UTXNKD observert i alle modningsundersett (Utvidede data Fig. 4h), noe som impliserer UTX i kontroll av IFN-produksjon på en modningsuavhengig måte. For å bekrefte om doseringen av UTX-ekspresjon i modne NK-celler assosieres med produksjonen av IFN- under virusinfeksjon in vivo, genererte vi transgene mus for å oppnå en tamoksifen-induserbar UTX-sletting (Kdm6afl/fl Rosa26ERT2CRE+, heretter referert til som iUTX−/ − Supplerende data tabell 1). mBMC-mus ble produsert med en 1:1-blanding av WT (CD45.1+) og iUTX−/− (CD45.2+) for å begrense UTX-sletting til det hematopoietiske avdelingen. WT:iUTX−/− mBMC-mus ble behandlet med tamoxifen umiddelbart før infeksjon med MCMV for å fjerne UTX-ekspresjon (fig. 4g). IDX−/− (CD45.2+) NK-celler produserte mindre IFN- sammenlignet med deres WT-motstykker (fig. 4h og utvidede data, fig. 4i). Tamoxifen-administrasjon i WT:iUTX−/− mBMC-mus resulterte i forskjellsgrader av UTX-proteintap og viste en signifikant positiv korrelasjon mellom intracellulære UTX-nivåer og IFN-produksjon på dag 1.5 etter infeksjon (fig. 4i). Disse resultatene viser at celle-iboende UTX-nivåer i modne NK-celler regulerer effektormolekylproduksjon og påfølgende beskyttelse mot MCMV-infeksjon.

Fig. 3|UTX undertrykker NK-cellekondisjon. a,b, frekvens (F og M WT: n=12; F UTXHet: n=16; a) og absolutte tall (F WT: n=6; M WT: n {{ 4}}; F UTXHet: n=9; b) av NK-celler i milten til hunnmus (F) WT, hannmus (M) WT og F UTXHet. c,d, Frekvens (WT: n=12; UTXHet: n=16; UTXNKD: n=6; c) og absolutte tall (WT: n=8; UTXHet: n {{10}}; UTXNKD: n=6; d) av NK-celler i milten til F WT-, UTXHet- og UTXNKD-mus. e, Representative konturplott av medfødt distinkte WT (CD451x2) og UTXNKD (CD45.2+) NK-celler overført til WT (CD45.1+) mottakere i et 1:1-forhold før injeksjon (venstre) og på dag 7 etter overføring (til høyre). f, Frekvens av WT- og UTXNKD-celler i milten til mottakermus før injeksjon og dag 7 etter overføring (n=6). g,h, Representative histogrammer (g) og prosentandel (h) av spaltet caspase 3+ NK-celler fra WT-, UTXHet- og UTXNKD-hunnmus dyrket med IL-15 (5 ng ml−1) og enten dimetylsulfoksid (DMSO; F WT: n=7; F UTXHet: n=11; F UTXNKD: n=6) eller 2,5 μM Nutlin-3a (F WT: n { {33}}; F UTXHet: n=7; F UTXNKD: n=3) i 24 timer. i–k, Normalisert Bcl-2 MFI (i), Bim MFI (j) og Bcl-2:Bim MFI-forhold (k) i milt-NK-celler fra WT- og UTXNKD-hunnmus (n {{ 39}}). l,m, Bcl{{40}}:Bim MFI-forhold i milt-NK-celler fra WT-hunn- og WT-hannmus (n=6; l) og gonadektomiserte hunn- og hannmus (n {{ 42}}; m). Data er representative for 2–4 uavhengige eksperimenter. Prøver ble sammenlignet ved bruk av vanlig enveis variansanalyse (ANOVA; a–d), toveis ANOVA med Tukeys korreksjon for flere sammenligninger (h), eller uparet tosidet Students t-test (f, i–m). Datapunkter er individuelle mus med gjennomsnitt ± sem (NS, ikke signifikant; *P < 0.05; **P < 0.01; * **P < 0.001; ****P < 0,0001). Spesifikke P-verdier er som følger: 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 og WT versus UTXNKD < 0,0001; d: WT versus UTXHet=0.0191, UTXHet versus UTXNKD=0.0278, WT versus UTXNKD=0.001; f: Pre-injeksjon=0.3304; dag 7=0.001918; h: DMSO < 0,0001, Nutlin-3a–F WT versus F UTXHet=0.0048, hvile < 0,0001; i < 0,0001; j=0.0004; k=0.0025; l=0.0115; m=0.0227.

UTX regulerer NK-celler på en demetylase-uavhengig måte

Som en histondemetylase kan UTX kontrollere NK-cellehomeostase og effektorgenekspresjonsprogrammer ved å katalysere fjerning av en metylgruppe fra trimetylert histon H3 Lys27 (H3K27me3; et undertrykkende histonmerke) for å balansere kromatin for aktivt genuttrykk35. Imidlertid har UTX også demetylase-uavhengige aktiviteter ved å samhandle med epigenetiske regulatorer og kromatinmodifikatorer for å koordinere genuttrykk36,37. For å utforske rollen til UTX-demetylaseaktivitet i modulering av NK-cellehomeostase og effektorfunksjon, utnyttet vi mus som uttrykker en katalytisk inaktiv UTX (UTX 'demetylasedøde' eller UTXDMD-mus; tilleggsdatatabell 1) som inneholder p.His1146Ala og p.Glu1148Ala punktmutasjoner i det katalytiske domenet38. Interessant nok viste kvinnelige UTXDMD- og WT-mus lignende frekvenser og absolutt antall milt-NK-celler (fig. 5a–c), mens UTXNKD-mus viste økte NK-celler i milten sammenlignet med begge. Disse funnene tyder på at UTXs undertrykkelse av NK-celletall var demetylase-uavhengig. Dessuten ble det ikke observert forskjeller mellom WT- og UTXDMD NK-celler i evnen til å produsere IFN- som respons på cytokinstimulering (fig. 5d-f). Disse resultatene viser at UTXs funksjon for å begrense NK-celletall og fremme IFN-produksjon er demetylase-uavhengig. I tillegg til en enkelt kopi av UTX, uttrykker menn den katalytisk inaktive Kdm6c (som koder for proteinet UTY), den Y-kromosomkoblede homologen til UTX. Vi bekreftet at UTY bare kommer til uttrykk i NK-hannceller fra mennesker (utvidet data fig. 5a) og mus (utvidet data fig. 5b) og ikke ble endret ved gonadektomi hos mus (utvidet data fig. 5b). Som diskutert ovenfor, ble det ikke sett noen forskjeller i NK-celletall eller effektorfunksjon mellom WT-hann (én kopi av UTX og UTY) og UTXHet-hunner (en kopi av UTX) mus (fig. 3a,b og 4a,d), noe som tyder på en begrenset rolle for UTY i regulering av NK-cellehomeostase og effektorfunksjon. I tillegg viste hannmus UTXNKD (Kdm6afl/y Ncr1cre+) økt NK-cellefrekvens og absolutte tall (Utvidede data Fig. 5c,d) og produserte mindre IFN- (Extended Data Fig. 5e–h), sammenlignet med WT-hannkontroller, som speiler endringer sett hos kvinner med NK-celle UTX-mangel. (fig. 3a,b og 4a,b). Dermed har UTX-tap i NK-celler lignende effekter hos kvinner og menn.

UTX kontrollerer NK-celle-transkriptom ved å remodellere kromatin

Nyere studier har identifisert NK-celleregulatoriske kretser (reguloner) som primer medfødte lymfoide celler for raske effektorresponser selv før NK-celleaktivering 39. Som en epigenetisk modifikator kan UTX endre transkripsjon ved å organisere kromatin ved regulatoriske elementer i målgenet loci4{{23} }. For å undersøke de UTX-medierte modifikasjonene på kromatintilgjengelighet og genuttrykk i NK-celler, utførte vi ATAC-seq i tandem med bulk RNA-seq på sorteringsrenset WT (CD45.1+) og UTXNKD (CD45.{{ 9}} ) NK-celler fra 4:1 WT: UTXNKD mBMC-mus (utvidet data fig. 6a). Bruk av mBMC-mus muliggjorde et internt kontrollert eksperiment og minimerte miljøforvirrende faktorer. Principal-component analyse (PCA) av både ATAC-seq og RNA-seq data avslørte prøvegruppering etter genotype (utvidet data fig. 6b). ATAC-seq viste at 3569 topper ble redusert og 2113 topper økte i tilgjengelighet i UTXNKD sammenlignet med WT NK-celler (log2-fold endring > ±0.5, justert P-verdi < 0.05 , falsk oppdagelsesrate (FDR) < 0.05; tilleggsdatatabell 2). Videre identifiserte RNA-seq 701 reduserte og 554 økte gener i UTXNKD versus WT (log2 fold endring > ±0,5, justert P-verdi < 0,05, FDR < 0,05; Utvidet data Fig. 6c og tilleggsdatatabell 3). Disse funnene tyder på dyptgripende endringer i både kromatinlandskapet og transkriptomet til NK-celler i fravær av UTX.

cistanche planteøkende immunsystem

Integrativ analyse av ATAC-seq og RNA-seq identifiserte 395 gener som både er differensielt tilgjengelige og uttrykt med en signifikant positiv korrelasjon (Spearman-korrelasjon: R=0.62, P < 2.2 × 10−16) mellom gjennomsnittlig log2 fold endring av ATAC-sekvens-topper og log2-fold endring av RNA-sekvens-ekspresjon (utvidet data fig. 6d). Fuzzy c-betyr klynging av både ATAC-seq og RNA-seq datasettene identifiserte seks hovedklynger som ble signifikant redusert (klynger 1, 2, 3 og 6) eller økte (klynger 4 og 5) utilgjengelighet (fig. 6a) og uttrykk (Fig. 6b) i UTXNKD NK-celler. For funksjonell anrikningsanalyse ble g:Profiler brukt til å analysere klynger av differensielt uttrykte gener identifisert av RNA-seq (fig. 6c). Hovedveier som immunsystemprosess, cytokinproduksjon, IFN-produksjon, lymfocyttaktivering og immuneffektorprosess var assosiert med redusert ekspresjon i UTXNKD (cluster 1, 2, 3 og 6; Fig. 6c). I mellomtiden var veier som utviklingsprosess, biosynteseprosess og metabolsk prosess signifikant assosiert med økt ekspresjon i UTXNKD (cluster 4 og 5; Fig. 6c). Det er verdt å merke seg at analyse av gener i celledødsvei avslørte at flere gener ble differensielt uttrykt (utvidet data fig. 6e). Spesielt ble ekspresjonen av det anti-apoptotiske genet Bcl2 økt, mens det pro-apoptotiske genet Casp3 ble redusert (utvidet data fig. 6e). Til sammen impliserer disse funnene tap av UTX-resultater i modifikasjoner av kromatintilgjengelighet og ekspresjon av gener assosiert med NK-cellehomeostase og effektorfunksjon.

Fig. 4|UTX forbedrer NK-celleeffektorfunksjonen og er nødvendig for overlevelse mot virusinfeksjon. en prosentandel IFN- + og normalisert IFN-MFI av NK-celler fra kvinnelig WT (n=8), mannlig WT (n=8), kvinnelig UTXHet (n=12) og hunn UTXNKD (n=6) mus uten behandling (NT) eller IL-15 (5{{70}} ng ml−1) og IL{{1{{8{ {82}}}}}} (20 ng ml−1) i 4 timer, normalisert til MFI for kvinnelig IL-15/IL-12-behandling. b,c, IFN- (b) og GM-CSF (c) konsentrasjoner målt ved ELISA i supernatanter fra kvinnelige WT (n=4), UTXHet (n=5) og UTXNKD (n {{2 0}}) NK-celler med NT eller IL-12 (20 ng ml−1) og IL-18 (1{{1{{1{{115} }8}}4}} ng ml−1) i 4 timer. d, Spesifikk lyse av MHCI-mangelfulle MC38 (mål) celler av kvinnelig WT (n {{30}}), mannlig WT (n=8), kvinnelig UTXHet (n=12 ) eller kvinnelige UTXNKD (n=6) NK (effektor) celler i 16 timer ved et 4:1 effektor: mål-forhold, normalisert til lysis av kvinnelig WT. e, Kaplan-Meier overlevelseskurver for WT- og UTXNKD-mus infisert med MCMV (n=8). Mantel–Cox-test (P=0.0093). f, prosentandel IFN- + (n=14), normalisert IFN-MFI (n=14) og granzyme B (GzmB) MFI (n=8) i forhold til WT i milt NK-celler på D1.5 etter MCMV-infeksjon av 4:1 WT:UTXNKD mBMC-mus. g, skjematisk av 1:1 WT (CD45.1+) og iUTX−/− (CD45.2+) benmarg (BM) overført til busulfan-depleterte verter og behandlet med 1 mg tamoxifen i 3 d før MCMV-infeksjon. h, prosentandel IFN- + og normalisert IFN-MFI av NK-celler fra 1:1 WT:iUTX−/− mBMC-mus på D1.5 etter MCMV-infeksjon, normalisert til WT (n=6). i, To-halet Pearson-korrelasjon av IFN- versus UTX MFI av NK-celler (n=12; r 2=0.775; P < 0.0001). Data er representative for 2–3 uavhengige eksperimenter. Toveis ANOVA (a–c), enveis ANOVA med Tukeys korreksjon for flere sammenligninger (d), eller paret to-halet Students t-test (f,h) ble brukt. Datapunkter er individuelle mus med gjennomsnitt ± sem *P < 0,05; **P < 0,01; ***P < 0,001; ****P < 0,0001. Spesifikke P-verdier: a: F WT versus M WT=0.0027, F WT versus F UTXHet og 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 og 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-MFI=0.0018. PI, post-infeksjon.

Fig. 5|UTX kontrollerer NK-cellehomeostase og IFN-produksjon uavhengig av demetylaseaktivitet. a–c, representativ tetthetsplott (a), frekvens (b) og absolutt antall (c) av NK-celler i milten til WT-, UTXDMD- og UTXNKD-hunnmus (n=5 per gruppe). d–f, Representative konturplott (d), prosentandel IFN- + (e), og normalisert IFN-MFI (f) av kvinnelige WT-, UTXDMD- og UTXNKD NK-celler (n=5 per gruppe) normalisert til WT. Data er representative for 2–3 uavhengige eksperimenter. Prøver ble sammenlignet med enveis ANOVA med Tukeys korreksjon for flere sammenligninger. Datapunkter presenteres som individuelle mus med gjennomsnittet ± sem *P < 0.05; **P < 0.01; ****P < 0.0001. Spesifikke P-verdier er som følger: b: WT versus UTXDMD=0.7353, WT versus UTXNKD og UTXDMD versus UTXNKD < 0,0001; c: WT versus UTXDMD=0.4888, WT versus UTXNKD og 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.

Tatt i betraktning de genomomfattende forskjellene i tilgjengelighet og genuttrykk vi observerte av ATAC-seq og RNA-seq, undersøkte vi også direkte UTX-medierte effekter. Vi utførte anti-UTX CUT&Tag etterfulgt av sekvensering, som tillot påvisning av DNA-regioner bundet til UTX ved bruk av en antistoffbasert immunutfellingsmetode41. Anti-UTX CUT&Tag på sorteringsrensede WT- og UTXNKD NK-celler avslørte 5746 UTX-bundne topper (FDR < 0.01, justert P-verdi < 0.05; Fig. 6d og tilleggsdata tabell 4). PCA av både ATAC-seq- og RNA-seq-data avslørte prøveklynger etter genotype (utvidet data fig. 6f). Vi identifiserte 191 gener som var UTX-bundet, differensielt tilgjengelig av ATAC-seq og differensielt uttrykt av RNA-seq (fig. 6d). Innenfor disse 191 genene var et flertall av UTX-bundne topper lokalisert i promoter (20,58%), introniske (46,94%) og intergene (27,4%) regioner (fig. 6e). Bemerkelsesverdige gener involvert i NK-cellehomeostase (Bcl2 og Thy1; Fig. 6f) 30,42 og effektorfunksjon (Ifng og Csf2) var UTX-bundet, differensielt tilgjengelig og differensielt uttrykt (Fig. 6g). Dessuten, av de 191 UTX-bundne genene, ble 140 gener redusert i ekspresjon, mens de resterende 51 genene ble økt (tilleggsdatatabell 3) som bekrefter en tidligere rapport i T-celler om at UTX fungerer både i å aktivere og undertrykke gentrankripsjon43. Enrichr pathway analysis44 på disse 191 UTX-bundne genene avslørte redusert inflammatorisk respons, IFN-signalering og NK-celle cytotoksisitetsveier i UTXNKD NK-celler (utvidet data fig. 6g). Motsatt ble økt cellulær katabolsk prosess og apoptose signalveier, som inkluderer både pro-apoptotiske og anti-apoptotiske gener (for eksempel Bcl2, Bbc3 og Gadd45g), sett i UTXNKD NK-celler. Blant 865 UTX-bundne topper med UTX-avhengig uttrykk og kromatintilgjengelighetsforskjeller (191 unike gener), viste lineær regresjonsanalyse en signifikant positiv korrelasjon (Pearsons R=0.5165, P < 0,0001) mellom kromatin tilgjengelighet og genuttrykk (Utvidede data Fig. 6h, i). UTX-okkuperte regioner innenfor Bcl2-, Thy1-, Ifng- og Csf2-genlokiene samsvarte med regioner der forskjeller i tilgjengelighet og genuttrykk også ble notert (fig. 6f, g). Disse dataene antyder at UTX regulerer kromatintilgjengelighet og gentranskripsjonsveier som er viktige for å regulere NK-cellehomeostase og funksjon.

UTX er kjent for å samhandle med transkripsjonsfaktorer (TF-er) for å orkestrere målgentranskripsjon40. For å identifisere antatte TF-motiver med differensiell tilgjengelighet på grunn av tap av UTX, utførte vi HOMER (Hypergeometric Optimization of Motif Enrichment)45 TF-motivanalyse på differensielt tilgjengelige topper identifisert av ATAC-seq (Extended Data Fig. 6j). TF-er assosiert med NK-celleeffektorfunksjon (for eksempel Runt (Runx1 og Runx2)46 og T-box (Eomes, T-bet, Tbr1 og Tbx6)47 familiemedlemmer) var mer signifikante og hadde en høyere prosentandel av målmotiver assosiert med redusert tilgjengelighet i UTXNKD (klynger 1, 2, 3 og 6; Utvidet data Fig. 6j). Motsatt var TF-er assosiert med spredning, differensiering og metabolisme i sinkfinger- og ETS-familien TFs48 mer signifikant assosiert med økt tilgjengelighet (klynge 4 og 5; utvidede data fig. 6j). Videre bekrefter TF-motivanalyse av UTX-bundne topper ved UTX CUT&Tag disse resultatene ved å avsløre TF-er som er kritiske i både NK-celleeffektorprosesser (T-bet, Eomes, Runx1 og Tbx5) og utviklingsprogrammer (ETS1 og AP-1; Utvidede data Fig. 6k). Disse dataene antyder både differensiell tilgjengelighet og direkte UTX-binding av viktige TF-bindingsmotiver som er involvert i regulering av NK-cellekondisjon og effektorprosesser. Disse analysene antyder at UTX modulerer kromatinlandskapet for å kontrollere ekspresjonen av gener som er viktige i NK-cellehomeostase (Bcl2 og Thy1) og effektorfunksjon (Ifng og Csf2). Til syvende og sist antyder disse funnene en modell der differensielle UTX-ekspresjonsnivåer kan ligge til grunn for seksuell dimorfisme i NK-celler som en sentral regulator av NK-cellekondisjon og effektorfunksjon (fig. 6h).

Fig. 6|Globale endringer i NK-cellekromatin-tilgjengelighet og transkripsjon mediert av UTX. a–c, 4:1 WT: UTXNKD mBMC-er ble generert ved å overføre WT (CD45.1+) og UTXNKD (CD45.2+) benmarg til lymfodedeplete vertsmus (CD451x2) og fikk rekonstitueres for 6 uker. Milt-NK-celler ble sortert for ATAC-seq og RNA-seq bibliotekpreparat (n=3 per gruppe). Linjegrafer (venstre) og varmekart (høyre) av uklare c-betyr grupperte differensielt tilgjengelige topper identifisert av ATAC-seq (a) og differensielt uttrykte gener identifisert av RNA-seq (b) av milt-NK-celler fra WT: UTXNKD mBMC-mus (justert P-verdi < 0.05 og medlemspoengsum > 0.5). Linjegrafer viser gjennomsnittet (svart linje) og standardavviket (rødt bånd) for gjennomsnittssentrerte normaliserte log2-verdier av signifikans (FDR og justert P-verdi < 0,05). c, Pathway-analyse av signifikante fuzzy c-betyr grupperte RNA-seq-gener ved bruk av g: Profiler med punktstørrelse som indikerer -log10(P-verdi; beregnet ved g: GOSt ved bruk av Fishers ensidede test). d–g, Anti-UTX CUT&Tag ble utført i WT- og UTXNKD NK-celler og identifiserte 5746 unike UTX-bundne topper (n=3 per gruppe). d, Venn-diagram som skisserer overlappende differensielt tilgjengelige (DA) gener identifisert av ATAC-seq og differensielt uttrykte (DE) gener identifisert av RNA-seq. e, Plassering av UTX-bundne topper. f,g, Representative genspor fra UCSC Integrated Genome Browser av anti-UTX CUT&Tag ('anti-UTX'), ATAC-seq og RNA-seq av Bcl2 og Thy1 (f) og Ifng og Csf2 (g); y-aksen viser antall per million (CPM). h, Skjematisk over hvordan differensielle UTX-ekspresjonsnivåer ligger til grunn for seksuell dimorfisme i NK-cellesammensetning og funksjon (til venstre). Diagram over hvordan UTX kan regulere genprogrammer involvert i NK-celletall og effektorfunksjon under homeostase og virusinfeksjon (til høyre). Laget med BioRender.com.

Diskusjon

Sex er en kritisk biologisk variabel for å bestemme utfall av virusinfeksjoner3. Dette ble nylig illustrert med COVID-19, der mannlig kjønn ble identifisert som en viktig risikofaktor for alvorlig sykdom5. Nyere studier har dessuten knyttet NK-celledysfunksjon til alvorlig COVID-19-sykdom49. Gitt viktigheten av NK-celler i antiviral immunitet, vil forståelse av de grunnleggende årsakene til kjønnsforskjeller i NK-cellebiologi ha vidtrekkende implikasjoner for å optimalisere endogene effektorresponser. I denne studien demonstrerer vi at lavere UTX-uttrykk i mannlige NK-celler bidrar til deres økte antall og reduserte effektorfunksjonalitet. NK-celle UTX er nødvendig for å kontrollere NK-cellekondisjon, modulere tilgjengeligheten til TF-bindingsmotiver, øke kromatintilgjengelighet ved effektorgen-loci og klargjøre NK-celler for rask respons på virusinfeksjon.

I tillegg til NK-celler er seksuell dimorfisme rapportert i B-celler, monocytter, nøytrofiler, CD4+ T-celler og CD8+ T-celler25. Mens kjønnsforskjeller i immunceller tidligere har blitt rapportert å være mediert av gonadale kjønnshormoner50–52, er det fortsatt mulig at en undergruppe av disse forskjellene også kan tilskrives differensiell UTX-uttrykk. Til støtte for denne muligheten har UTX-mangel blitt assosiert med redusert T-celle- og invariant NK T-celletall53–55; og UTX-transkripter er lavere i mannlige versus kvinnelige celler for flere immuncelletyper (CD4+ T-celler, CD8+ T-celler, monocytter, B-celler) spurt i DICE-databasen56. Ytterligere fenotypiske studier er nødvendig for å bestemme UTXs rolle i å modulere kjønnsforskjeller i andre immuncelletyper. NK-cellemedierte effektorfunksjoner inkluderer cytokinproduksjon og cytotoksisk molekylekspresjon. Våre multi-omiske analyser tyder på at UTX balanserer kromatinlandskapet til NK-celler til raskt å svare på virusutfordringer ved å øke tilgjengeligheten og transkripsjonen av effektorloki. Disse studiene avslørte 191 gener (inkludert Ifng og Csf2) 20,32 som samtidig var bundet av UTX, differensielt tilgjengelig og uttrykt. Redusert IFN- og GM-CSF cytokinproduksjon og nedsatt cytolytisk kapasitet til UTX-mangelfulle NK-celler støtter UTXs rolle i å fremme effektorfunksjonalitet under betennelse. Imidlertid kan det være ytterligere indirekte konsekvenser av UTX-mediert genregulering som spiller viktige roller i NK-celleeffektorfunksjonen, som bevist av de ekstra genene som er differensielt uttrykt, men ikke bundet av UTX.

Som en H3K27me3-demetylase balanserer UTX kromatin for aktivt genuttrykk57. I tillegg til sin katalytiske aktivitet, fungerer UTX i multiproteinkomplekser med andre epigenetiske regulatorer (for eksempel SWI/SNF, MLL4/5 og p300) for å mediere kromatinremodellering på en demetylase-uavhengig måte36,57. Vi rapporterer de demetylase-uavhengige funksjonene til UTX i regulering av homeostase og effektorprogrammer i NK-celler. Dette er i motsetning til UTXs rolle i invariante NK T-celler, der dens demetylaseaktivitet er nødvendig53. Dermed kan de molekylære mekanismene som UTX fungerer med, være avstamningsspesifikke. Til støtte for denne hypotesen har UTX blitt rapportert å samhandle med avstamningsspesifikke TF-er i T-celler for å målrette effektor loci40. Vår HOMER-motivanalyse avslørte potensielle UTX-interaksjoner med Runx1, Runx2, Eomes og andre TF-er som er viktige for NK-celleeffektorfunksjon under virusinfeksjon46,47. Dessuten peker disse analysene også på UTX-interaksjoner med KLF1, KLF5, Sp2 og andre TF-er assosiert med NK-celleproliferasjon, differensiering og metabolisme48. Videre støtter resultatene våre tidligere publiserte studier der UTX i andre celletyper er rapportert å koordinere responser med T-bet, Eomes og Tbx5 (ref. 40), ETS1 (ref. 48) og AP-1 ( ref. 58). Til slutt har Runx1 vist seg å samhandle med UTX-regulerte BRG1- og SWI/SNF-komplekser46. På grunn av den korrelative naturen til HOMER-analyse, er det imidlertid nødvendig med ytterligere studier med ko-immunutfelling og massespektrometri for å eksperimentelt verifisere disse interaksjonene in situ. Videre, som en konstitutiv XCI-escapee, kan UTX ha celletypespesifikke mekanismer gjennom to muligheter: (i) pool av kofaktorer tilstede og (ii) tilgjengeligheten av dens epigenetiske bindingspartnere. UTX er avhengig av biprodukter fra metabolske veier for kofaktorer (for eksempel Fe(II), -ketoglutarat og oksygen) som er avgjørende for dens enzymatiske aktivitet59. Derfor, avhengig av den metabolske tilstanden, er det distinkte samlinger av kofaktorer tilgjengelig for UTXs demetylasefunksjon, noe som tillater differensielle nivåer av katalytisk aktivitet basert på celletypen. I tillegg kan UTXs funksjonalitet også være avhengig av aktiviteten og uttrykksnivået til dens bindingspartnere (for eksempel MLL3/4, SWI/SNF og p300) som er autosomalt kodet.

cistanche fordeler for menn styrker immunforsvaret

Å veie faktorer som definerer pasientundergrupper med forskjellige immunresponser, vil tillate oss å gå forbi en "one-size-fits-all" terapeutisk tilnærming til et presisjonsmedisinsk paradigme. UTX-mangel har vært assosiert med Kabuki syndrom og Turner syndrom60, to menneskelige tilstander assosiert med immunforstyrrelser og økte infeksjoner. Våre funn tyder på muligheten for at UTX-mangel i humane NK-celler kan bidra til redusert viral immunovervåking observert hos disse pasientene, selv om fremtidig arbeid vil være nødvendig for å støtte denne hypotesen. Dessuten er det nødvendig å forstå kjønnsforskjeller i NK-cellefunksjon for å inkorporere sex som en biologisk faktor i behandlingsbeslutninger. Hos menn med alvorlig virussykdom, for eksempel, kan økt NK-celle UTX-aktivitet gi terapeutiske fordeler. Vi forventer at denne innsikten vil være viktig ikke bare i forbindelse med virusinfeksjoner, men også ved andre infeksjoner og kreft, hvor NK-celler også spiller en viktig rolle. Disse funnene kan også ha viktige implikasjoner for adoptiv cellulær terapi, der NK-celler er gjenstand for intens interesse61.

Referanser

1. Wilkinson, NM, Chen, HC, Lechner, MG & Su, MA Kjønnsforskjeller i immunitet. Annu Rev. Immunol. 40, 75–94 (2022).

2. Klein, SL & Flanagan, KL Kjønnsforskjeller i immunresponser. Nat. Rev. Immunol. 16, 626–638 (2016).

3. Pardue, M.-L. & Wizemann, TM Utforsker de biologiske bidragene til menneskers helse: betyr sex noe? The National Academies Press https://doi.org/10.17226/10028 (2001).

4. Gianella, S. et al. Kjønnsforskjeller i CMV-replikasjon og HIV-persistens under undertrykkende ART. Åpne Forum Infect. Dis. 7, ofaa289 (2020).

5. Takahashi, T. & Iwasaki, A. Kjønnsforskjeller i immunresponser. Science 371, 347–348 (2021).

6. Patin, E. et al. Naturlig variasjon i parameterne til medfødte immunceller er fortrinnsvis drevet av genetiske faktorer. Nat. Immunol. 19, 302–314 (2018).

7. Huang, Z. et al. Effekter av sex og aldring på immuncellelandskapet vurdert ved encellet transkriptomisk analyse. Proc. Natl Acad. Sci. USA 118, e2023216118 (2021).

8. Talebizadeh, Z., Simon, SD & Butler, MG X kromosom genuttrykk i menneskelig vev: mannlige og kvinnelige sammenligninger. Genomics 88, 675–681 (2006).

9. Fang, H., Disteche, CM & Berletch, JB X inaktivering og rømning: epigenetiske og strukturelle trekk. Front. Cell Dev. Biol. 7, 219 (2019).

10. Chen, X. et al. Kjønnsforskjell i nevralrørsdefekter hos p53-nullmus er forårsaket av forskjeller i komplementet til X, ikke Y-gener. Dev. Neurobiol. 68, 265–273 (2008).

11. Smith-Bouvier, DL et al. En rolle for kjønnskromosomkomplement i den kvinnelige skjevheten ved autoimmun sykdom. J. Exp. Med. 205, 1099–1108 (2008).

12. Souyris, M. et al. TLR7 slipper unna X-kromosominaktivering i immunceller. Sci. Immunol. 3, eaap8855 (2018).

13. Hammer, Q., Ruckert, T. & Romagnani, C. Natural killer cell spesifisitet for virusinfeksjoner. Nat. Immunol. 19, 800–808 (2018).

14. Orange, JS Mangel på naturlig drepende celle. J. Allergy Clin. Immunol. 132, 515–525 (2013).

15. Bukowski, JF, Warner, JF, Dennert, G. & Welsh, RM Adoptive overføringsstudier som viser den antivirale effekten av naturlige drepeceller in vivo. J. Exp. Med. 161, 40-52 (1985).

16. Brown, MG et al. Vital involvering av en naturlig drepercelleaktiveringsreseptor i motstand mot virusinfeksjon. Science 292, 934–937 (2001).

17. Welsh, RM, Brubaker, JO, Vargas-Cortes, M. & O'Donnell, CL Natural killer (NK) cellerespons på virusinfeksjoner hos mus med alvorlig kombinert immunsvikt. Stimulering av NK-celler og NK-celleavhengig kontroll av virusinfeksjoner skjer uavhengig av T- og B-cellefunksjon. J. Exp. Med. 173, 1053-1063 (1991).

18. Bancroft, GJ, Shellam, GR & Chalmer, JE Genetisk påvirkning på forsterkning av naturlige drepeceller under murin cytomegalovirusinfeksjon: korrelasjon med resistensmønstre. J. Immunol. 126, 988-994 (1981).

19. Menees, KB et al. Kjønns- og aldersavhengige endringer av miltens immuncelleprofil og NK-cellefenotyper og funksjon i C57BL/6J-mus. Immun. Alder 18, 3 (2021).

20. Mujal, AM, Delconte, RB & Sun, JC Naturlige morderceller: fra medfødte til adaptive egenskaper. Annu. Rev. Immunol. 39, 417–447 (2021).

21. Loh, J., Chu, DT, O'Guin, AK, Yokoyama, WM & Virgin, HWT Naturlige drepeceller bruker både perforin og gamma-interferon for å regulere murin cytomegalovirusinfeksjon i milten og leveren. J. Virol. 79, 661–667 (2005).

22. Orange, JS, Wang, B., Terhorst, C. & Biron, CA Krav til naturlig drepende celleprodusert interferon-gamma i forsvar mot murin cytomegalovirusinfeksjon og forbedring av denne forsvarsveien ved interleukin-12-administrasjon. J. Exp. Med. 182, 1045-1056 (1995).

23. Nakaya, M., Tachibana, H. & Yamada, K. Effekt av østrogener på den interferon-gamma-produserende cellepopulasjonen av musesplenocytter. Biosci. Bioteknologi. Biochem. 70, 47–53 (2006).

24. Chiossone, L. et al. Modning av muse-NK-celler er et 4-utviklingsprogram. Blood 113, 5488–5496 (2009).

25. Wainer Katsir, K. & Linial, M. Humane gener som unnslipper X-inaktivering avslørt av enkeltcelleekspresjonsdata. BMC Genomics 20, 201 (2019).

26. Yang, F., Babak, T., Shendure, J. & Disteche, CM Global undersøkelse av rømning fra X-inaktivering ved RNA-sekvensering i mus. Genome Res. 20, 614–622 (2010).

27. Berletch, JB et al. Rømning fra X-inaktivering varierer i musevev. PLoS Genet. 11, e1005079 (2015).

28. Arnold, AP Fire kjernegenotyper og XY* musemodeller: oppdatering om innvirkning på SABV-forskning. Neurosci. Biobehav. Rev. 119, 1–8 (2020).

29. Hasegawa, H. et al. Aktivering av p53 av Nutlin-3a, en antagonist av MDM2, induserer apoptose og cellulær senescens i voksne T-celleleukemiceller. Leukemia 23, 2090–2101 (2009).

30. Riggan, L. et al. Transkripsjonsfaktoren Fli1 begrenser dannelsen av hukommelsesforløper NK-celler under virusinfeksjon. Nat. Immunol. 23, 556–567 (2022).

31. Min-Oo, G., Bezman, NA, Madera, S., Sun, JC & Lanier, LL. Proapoptotisk Bim regulerer antigenspesifikk NK-cellesammentrekning og generering av minne-NK-cellepoolen etter cytomegalovirusinfeksjon. J. Exp. Med. 211, 1289–1296 (2014).

32. Louis, C. et al. NK-celle-avledet GM-CSF potenserer inflammatorisk leddgikt og er negativt regulert av CIS. J. Exp. Med. 217, e20191421 (2020).

33. Bjorkstrom, NK, Strunz, B. & Ljunggren, HG Naturlige drepeceller i antiviral immunitet. Nat. Rev. Immunol. 22, 112–123 (2022).

34. Smyth, MJ et al. Perforin er en viktig bidragsyter til NK-cellekontroll av tumormetastaser. J. Immunol. 162, 6658-6662 (1999).

35. Van der Meulen, J., Speleman, F. & Van Vlierberghe, P. The H3K27me3 demethylase UTX in normal development and disease. Epigenetics 9, 658–668 (2014).

36. Wang, SP et al. Et UTX-MLL4-p300 transkripsjonsregulerende nettverk former koordinert aktive forsterkerlandskap for å fremkalle transkripsjon. Mol. Cell 67, 308–321 (2017).

37. Gozdecka, M. et al. UTX-mediert forsterker og kromatinremodellering undertrykker myeloid leukemogenese gjennom ikke-katalytisk invers regulering av ETS- og GATA-programmer. Nat. Genet. 50, 883–894 (2018).

38. Wang, C. et al. UTX regulerer mesoderm-differensiering av embryonale stamceller uavhengig av H3K27-demetylaseaktivitet. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 15324–15329 (2012).

39. Shih, HY et al. Utviklingsmessig tilegnelse av regulomer ligger til grunn for medfødt lymfoid cellefunksjonalitet. Celle 165, 1120–1133 (2016).

40. Miller, SA, Mohn, SE & Weinmann, AS Jmjd3 og UTX spiller en demetylase-uavhengig rolle i kromatin-remodellering for å regulere T-boks familiemedlem-avhengig genuttrykk. Mol. Cell 40, 594–605 (2010).

41. Kaya-Okur, HS et al. CUT&Tag for effektiv epigenomisk profilering av små prøver og enkeltceller. Nat. Commun. 10, 1930 (2019).

42. Kupz, A. et al. Bidrag fra Thy1+ NK-celler til beskyttende IFN-gamma-produksjon under Salmonella typhimurium-infeksjoner. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 2252–2257 (2013).

43. Langmead, B. & Salzberg, SL Rask avlest justering med Bowtie 2. Nat. Methods 9, 357–359 (2012).

44. Chen, EY et al. Enrichr: interaktivt og samarbeidende HTML5-genlisteberikelsesverktøy. BMC Bioinformatics 14, 128 (2013).

45. Heinz, S. et al. Enkle kombinasjoner av avstamningsbestemmende transkripsjonsfaktorer primer cis-regulatoriske elementer som kreves for makrofag- og B-celle-identiteter. Mol. Cell 38, 576–589 (2010).

46. ​​Rapp, M. et al. Kjernebindende faktor-beta- og Runx-transkripsjonsfaktorer fremmer adaptive naturlige drepercelleresponser. Sci. Immunol. 2, eaan3796 (2017).

47. Simonetta, F., Pradier, A. & Roosnek, E. T-bet og eomesodermin i NK-celleutvikling, modning og funksjon. Front. Immunol. 7, 241 (2016).

48. Presnell, JS, Schnitzler, CE & Browne, WE KLF/SP transkripsjonsfaktor familieevolusjon: ekspansjon, diversifisering og innovasjon i eukaryoter. Genom Biol. Evol. 7, 2289–2309 (2015).

49. Kramer, B. et al. Tidlige IFN-alfa-signaturer og vedvarende dysfunksjon er kjennetegn ved NK-celler i alvorlig COVID-19. Immunity 54, 2650–2669 (2021).

50. D'Agostino, P. et al. Kjønnshormoner modulerer inflammatoriske mediatorer produsert av makrofager. Ann. NY Acad. Sci. 876, 426-429 (1999).

51. Lu, FX et al. Styrken til B-celleimmunitet hos rhesus-makaker hos hunner kontrolleres av CD8+ T-celler under påvirkning av ovariesteroidhormoner. Clin. Exp. Immunol. 128, 10–20 (2002).

52. Singh, RP & Bischof, DS Kjønnshormoner og kjønn påvirker uttrykket av markører for regulatoriske T-celler hos SLE-pasienter. Front. Immunol. 12, 619268 (2021).

53. Cook, KD et al. T-follikulær hjelpecelleavhengig clearance av en vedvarende virusinfeksjon krever T-celleekspresjon av histondemetylase UTX. Immunity 43, 703–714 (2015).

54. Beyaz, S. et al. Histon-demetylase UTX regulerer det avstamningsspesifikke epigenetiske programmet til invariante naturlige drepende T-celler. Nat. Immunol. 18, 184–195 (2017).

55. Mitchell, JE et al. UTX fremmer CD8+ T-celle-mediert antiviralt forsvar, men reduserer T-cellenes holdbarhet. Cell Rep. 35, 108966 (2021).

56. Schmiedel, BJ et al. Påvirkning av genetiske polymorfismer på menneskelig immuncelle-genuttrykk. Celle 175, 1701–1715 (2018).

57. Bosselut, R. Pleiotropiske funksjoner av H3K27Me3-demetylaser i immuncelledifferensiering. Trender Immunol. 37, 102–113 (2016).

58. Kechin, A., Boyarskikh, U., Kel, A. & Filipenko, M. cutPrimers: et nytt verktøy for nøyaktig kutting av primere fra avlesninger av målrettet neste generasjons sekvensering. J. Comput. Biol. 24, 1138–1143 (2017).

59. Hong, S. et al. Identifikasjon av JmjC-domeneholdig UTX og JMJD3 som histon H3 lysin 27 demetylaser. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 18439–18444 (2007).

60. Van Laarhoven, PM et al. Kabuki syndrom gener KMT2D og KDM6A: funksjonelle analyser demonstrerer kritiske roller i kraniofacial-, hjerte- og hjerneutvikling. Nynne. Mol. Genet. 24, 4443–4453 (2015).

61. Rezvani, K. Adoptiv celleterapi ved bruk av konstruerte naturlige drepeceller. Benmargstranspl. 54, 785–788 (2019).