外科學家發現,一個能促進抗體產生的特殊蛋白

免疫系統的體液分支負責產生循環抗體以去除病原體和有害分子。抗原暴露後,新生的B淋巴細胞識別與其B細胞受體相關的抗原,並在提供適當的刺激信號後分化為記憶B細胞和漿細胞,每秒分泌數千個抗體。這些異常高的Ig產生和分泌速度是由於B細胞分化為漿細胞過程中ER和高基氏體的結構重組和大量生成所致。 ER是負責蛋白質折疊和組裝,脂質和固醇合成以及鈣存儲的細胞器,位於高基氏體附近,高基氏體例如通過廣泛的蛋白質糖基化來處理蛋白質的分泌。

 

Ig是通過其抗原結合片段區域識別抗原的分泌糖蛋白。 另外,Ig通過其片段可結晶的(Fc)區與免疫系統的其他成分通信以發揮其效應子功能。Ig的Fc結構域也可以與補體蛋白相互作用。由恆定的重鏈(CH)區確定的抗體同種型以及N-糖基化的模式都是抗體功能性的重要決定因素。

Jagn1編碼一種普遍表達的跨膜蛋白,該蛋白已被證明對果蠅和黑膠質卵母細胞發育中的ER重組以及人類嗜中性粒細胞的分化和存活都至關重要。迄今為止,在哺乳動物中描述的缺陷僅限於嗜中性粒細胞,其中JAGN1調節顆粒形成的過程。由於B細胞分化為分泌抗體的漿細胞涉及顯著的ER擴展以支持高速率的抗體產生和分泌,因此我們著手研究JAGN1在B細胞生物學中的作用。

 

B細胞中Jagn1的缺失,會導致Ig水平降低和體液免疫力下降

為了研究Jagn1在B細胞中的作用,我們繁殖了Jagn1fl / fl-Mb1-Cre小鼠(以下稱為Jagn1ΔB)在pro-B細胞早期刪除Jagn1。為了排除Mb1-Cre品系中的Cre影響,我們分析了Mb1-Cre和對照同批小鼠的B細胞發育和B細胞亞群組成以及血清Ig水平。我們在所有測試參數中均未觀察到這些隊列之間的任何顯著差異,因此在整個實驗中均使用Jagn1fl / fl小鼠作為對照。

通過測量B220+脾臟B細胞和體外分化成漿細胞中Jagn1 mRNA的水平,可以確定B細胞譜系中Jagn1的有效缺失。通過流式細胞術通過漿細胞JAGN1的細胞內染色證實了蛋白的損失。為了評估JAGN1在B細胞中的亞細胞定位,我們接下來通過敲低內源性Jagn1和融合到氨基末端V5標籤的JAGN1的表達建立漿細胞瘤細胞系(MPC-11)。免疫組織化學分析顯示,V5-JAGN1定位於B細胞的內質網。

 

 

Cb23 -Cre介導的Jagn1缺失涉及B細胞發育,B細胞穩態和漿細胞,排除了Mb1- Cre效應並確認了Jagn1 KO表型。(圖源:JEM)

 

 

Jagn1缺乏會影響漿細胞的發育

為了深入了解Jagn1在B細胞發育和體內平衡中的作用,我們通過流式細胞術分析了Jagn1ΔB的骨髓(BM)和脾臟以及對照同批小鼠的發育和成熟B細胞亞群的穩態水平。Jagn1ΔB小鼠顯示出正常的早期B細胞發育,但與同批對照小鼠相比,BM漿細胞(Lin-CD28 + CD138 +)水平顯著降低。

雖然我們觀察到Jagn1缺乏症對存在於BM中的漿細胞有明顯的影響,這些漿細胞是長壽的且是血清抗體水平的主要來源,但Jagn1ΔB小鼠的脾臟中短壽的漿細胞僅略有減少。另外,與同批對照小鼠相比,通過流式細胞術分析和免疫組化檢測,Jagn1ΔB小鼠脾臟增大,脾邊緣B區細胞比例增加,濾泡B細胞比例降低。 因此,Jagn1的失活導致BM漿細胞數量明顯受損,脾B細胞數量發生變化。

 

正常B細胞發育,但改變的脾B細胞穩態和降低BM漿細胞Jagn1 ΔB小鼠。(圖源:JEM)

 

Jagn1突變型漿母細胞增加內質網應激並改變內質網結構

為了進一步分析關於抗體分泌細胞Jagn1損失的後果,我們分離從對照和Jagn1ΔB小鼠的脾B細胞和用LPS刺激他們4 d以誘導IgM的分泌和漿細胞分化。LPS誘導新生B細胞依次分化為活化B細胞,漿細胞和最終的成漿細胞。LPS刺激Jagn1ΔB衍生的B細胞導致顯著減少,儘管抗體產生前細胞和細胞的變化很小。

 

Jagn1 缺乏導致Ig產生減少

為了測試Jagn1 KO B細胞在體外響應LPS刺激產生Ig的能力,對Jagn1缺失和充足的B細胞的細胞內和分泌的IgM水平進行了定量。與對照細胞的Ig水平相比,JAGN1的喪失導致細胞內和分泌Ig的大量減少。值得注意的是,在Jagn1充足和不足的細胞中,膜(µM)和分泌(µS)mRNA的轉錄水平均相當。在更俱生理學意義的體外分化系統(iGB培養物)中生成類似生髮中心的類轉換B細胞,也獲得了相似的結果。

對照和Jagn1缺陷型B細胞在表達膜結合CD40L的40LB基質細胞上共培養,並產生促存活的B細胞活化因子以支持B細胞的最佳增殖。用IL-4刺激細胞4天,然後IL-21刺激4天,以產生IgG1和IgE類別切換的成漿細胞。使用該測定法,與對照細胞相比,Jagn1缺陷型B細胞產生的早期活化B細胞和前成漿細胞比例有所改變,但成漿細胞數量相同。這與我們的觀察結果相符,在Jagn1ΔB小鼠中發現脾細胞處於正常水平。但是,Jagn1ΔB成漿細胞的IgE和IgG1產量顯著下降,這在ELISPOT分析中斑點數量和大小均減少了。

 

增加抗體生成細胞的存活沒有恢復免疫球蛋白生產Jagn1 ΔB小鼠。(圖源:JEM)

JAGN1 罕見的疾病突變影響人類的Ig糖譜

人類JAGN1基因的突變導致嚴重的先天性中性粒細胞減少,最近的報告顯示一些JAGN1患者也患有低血球球蛋白血症。因此,我們分析了JAGN1中具有純合錯義突變或非移碼缺失突變的患者的血清,導致突變和可能非功能蛋白的表達。重要的是,即使血清Ig水平在正常範圍之內,我們也檢測到攜帶JAGN1突變的患者血清中最豐富的IgG1亞類的Ig糖譜發生了改變。

在患者來源的愛潑斯坦-巴爾病毒轉化的B淋巴母細胞中,我們檢測到內質網應激的跡象增加,包括XBP1剪接升高和熱休克蛋白家族A成員5上調。這些數據表明,先天性中性粒細胞減少症患者中功能性JAGN1蛋白的喪失與Ig N-糖基化的改變以及ER穩態和B細胞功能的改變有關,類似於在我們的Jagn1ΔB小鼠模型中觀察到的表型。

 

結論

JAGN1似乎會影響細胞中抗體產生工廠的功能,但讓他們不可思議的是,醣類分子結構的改變或許能促進抗體更好地與其它免疫細胞結合,並能增強機體的免疫防禦反應;隨後研究人員在人類樣本中闡明了這一機制。罕見的遺傳缺陷通常會在很少的一部分人群中出現。

但這或許也能幫助解析人類機體的生物學基本準則,在這種情況下,研究者就發現,特定的基因或會影響細胞中內質網的功能,進而影響抗體的產生量,此外研究者還揭示了抗體表面糖衣所發生的改變,這對於抗體在機體中所發揮的實際功能具有非常重要的影響。

 

參考資料:

A crucial role for Jagunal homolog 1 in humoral immunity and antibody glycosylation in mice and humans

JAGN1 Deficient Severe Congenital Neutropenia: Two Cases from the Same Family

In-vitro derived germinal centre B cells differentially generate memory B or plasma cells in vivo

Isotype‐specific glycosylation analysis of mouse IgG by LC‐MS

俊逵

作者

俊逵

曾任職於醫院機構,主要探討癌症藥物治療相關。想用文字為大家帶來最新的生醫訊息

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