Brd4调控NAIP-NLRC4炎症小体激活
责编 | 酶美
炎症小体（Inflammasome）是细胞内识别外来刺激物，并对其产生一些列免疫信号级联（signal cascade）的多蛋白复合物，是天然免疫的重要组成部分。炎症小体能够识别病原或损伤相关分子模式（pathogen- or danger-associated molecular patterns）, 利用ASC蛋白作为组装平台， 进而招募、切割和激活半胱氨酸天门冬氨酸蛋白水解酶 （Caspase-1）。激活的Caspase-1对白介素-1β （IL-1β）和白介素-18 （IL-18）的前体进行切割，产生相应的成熟细胞因子。同时，活化的Caspase-1还能够切割成孔蛋白GasderminD (GSDMD)，使其在细胞膜上形成离子通道，导致成熟细胞因子的释放和细胞焦亡（pyroptosis）。根据主要组成蛋白的不同，至今已发现了多种炎症小体，包括NLRP1, NLRP3, NAIP-NLRC4, AIM2 和PYRIN 等。不同的炎症小体识别不同的外来刺激物， 例如AIM2炎症小体能够识别胞内识别外源DNA分子，NLRP3炎症小体感应刺激物导致的胞内钾离子浓度变化，而NAIP-NLRC4炎症小体则能识别例如沙门氏菌 （Salmonella typhimurium）等病原菌的活性成分 (Lamkanfi & Dixit, 2014)。炎症小体的激活不仅是机体重要的天然免疫成分，同时也与许多疾病的形成紧密相关，包括神经性及代谢性疾病 (Guo, Callaway, & Ting, 2015)。尽管炎症小体激活的分子机理已被部分阐明， 但是炎症小体主要成分的表达机理仍不明确。
含溴结构域蛋白4 （bromodomain-containing protein 4, Brd4）是表观遗传领域（epigenetics）的重要转录激活子 （transcriptional co-activator）。Brd4 拥有两个含溴结构域，能够识别并结合组蛋白赖氨酸的乙酰化（H3K27ac），进而进一步招募乙酰化的转录因子（transcriptional factors, TFs）。同时Brd4的c 末端结构域能够招募正性转录延伸因子b （positive transcription elongation factor b， P-TEFb），进而磷酸化RNA聚合酶，促进转录延伸 （transcriptional elongation）。Brd4生物学功能在癌症和免疫领域被大量研究。作为核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的主要 transcriptional co-activator ，Brd4能够促进多种炎症因子的转录和表达，从而成为促使炎症发生的重要因子之一。
2021年2月3号，伊利诺伊大学香槟分校的Lin-Feng Chen实验室（董星辰博士为第一作者），在Journal of Cell Biology上发表文章 Brd4 regulates NLRC4 inflammasome activation by facilitating IRF8-mediated transcription of Naips，揭示出巨噬细胞在沙门氏菌感染下，Brd4调控NAIP-NLRC4炎症小体激活的分子机理 (Dong et al., 2021)。
研究人员首先用多种炎症小体的激活剂去刺激野生型和Brd4敲除的巨噬细胞进行一轮筛选，并且发现在生长期（log-phase）的沙门氏菌感染或者其鞭毛蛋白转染的情况下，Brd4敲除的巨噬细胞产生明显的炎症小体激活的减少。由于鞭毛蛋白和沙门氏菌是已知的NAIP-NLRC4炎症小体的激活剂，作者得出Brd4调节NAIP-NLRC4炎症小体激活的初始证据。紧接着，从沙门氏菌的致病性入手，研究人员进一步证明Brd4调节NAIP-NLRC4炎症小体激活是基于沙门氏菌的致病岛1, 三型分泌系统（pathogenicity island-1 type III secretion system，SPI-1 T3SS）。为了进一步挖掘Brd4是如何调节NAIP-NLRC4炎症小体激活，作者利用RNA-sequencing技术发现在Brd4敲除的巨噬细胞中，NAIP-NLRC4炎症小体的主要成分NAIP的信使RNA水平有着显著的降低。同时，Dr. Kanneganti实验室在2018年的一篇Cell中报道NAIP蛋白的信使RNA是被感染素调节因子8（Interferon Regulatory Factor 8，IRF8）转录调控的 (Karki et al., 2018)。通过ChIP-sequencing的分析，作者进一步研究了NAIP蛋白的启动子序列，发现Brd4, IRF8 和巨噬细胞谱系决定转录因子PU.1共定位于NAIP蛋白的启动子，促进其转录。而且，IRF8的招募是依赖于Brd4结合到NAIP蛋白的启动子。最终，在动物水平上，作者用沙门氏菌感染野生型和Brd4髓系细胞敲除小鼠，发现Brd4髓系细胞敲除小鼠由于炎症小体激活的缺失，其组织伤害，体内细菌含量和死亡率相对于野生型显著提高。
综上，该研究首次阐明了表观遗传调控因子Brd4在炎症小体激活的重要作用，同时揭露了Brd4招募IRF8和PU.1，促进炎症小体重要组成部分的转录表达，为理解炎症小体的激活提供了进一步的证据。
原文链接：
https://doi.org/10.1083/jcb.202005148
参考文献