摘要IL-2R基因结构及表达调控是当代免疫学研究的重要课题其阐明对于揭示机体免疫应答及调节机制具有关键意义。自1984年IL-2Rα链cDNA克隆建立以来该领域取得了诸多突破。本文从IL-2R基因结构、不同类型IL-2R mRNA的形成机制、IL-2R基因表达调控等方面概要介绍相关研究进展。一、引言免疫系统在维持机体健康和抵御病原体入侵中发挥着至关重要的作用。细胞因子及其受体在免疫应答和调节过程中扮演着核心角色它们通过复杂的相互作用网络调控着免疫细胞的生长、分化和功能。白细胞介素-2受体IL-2R作为白细胞介素-2IL-2的特异性受体其基因结构及表达调控的研究一直是免疫学领域的热点对于深入理解免疫系统的功能和疾病的发生发展机制具有重要意义。二、IL-2R基因结构一IL-2Rα链基因结构自1984年IL-2Rα链cDNA克隆建立以来人们对IL-2Rα链基因结构有了较为深入的了解。人IL-2Rα链基因定位于第10号染色体长臂p1415区为单拷贝基因。DNA序列分析证实该基因由8个外显子和7个内含子组成由于第1个内含子结构庞大至今尚未分离到完整的片段推测其全长在25kb以上。3端非翻译区至少含3个功能性polyA序列第2和第3组polyA位点间有多额Alu重复序列。5端起始密码上游有2个起始位点在每个起始位点上游25 - 30bp处为TATA促进子序列在正常T淋巴母细胞中两个促进子的活性相同。最近在HTLV-I人类T淋巴细胞白血病病毒1型感染的白血病T细胞发现有第3个起始位点存在。此外IL-2Rα链基因与IL-2基因的TATA盒上游50bp处有9个氨基酸同源转录起始点附近也有一些短的同源区但其生理学意义尚待明确。二IL-2Rβ链和γ链基因结构人IL-2Rβ链基因定位于22号染色体成熟IL-2Rβ链有525个氨基酸5个N糖基化位点包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区。IL-2Rγ链表达于多种淋巴样细胞表面如Molt-β、Molt-4、Jurkat、MT-1、MT-2以及EB病毒感染的Raji细胞其基因结构也有其独特之处共同构成了IL-2R的基因结构基础。三、不同类型IL-2R mRNA的形成机制虽然IL-2R由单拷贝基因编码但当用IL-2RcDNA探针与人IL-2R mRNA杂交后可出现3.5kb和1.5kb两种类型的mRNA小鼠则至少有1.4、3.2、3.5、4.5kb四种类型且各种mRNA在体外翻译中均有功能活性。多种类IL-2RmRNA形成的可能机制包括多polyA点学说即IL-2R基因含3个polyA位点3端不翻译区的异质性可导致mRNA长度的差异外显子调动学说外显子2和4顺序极其相似由于在切除内含子时的错误识别将外显子切掉外显子3和5直接连接使mRNA变短多转录起始位点学说使用不同的转录起点可产生不同大小的转录产物。上述机制可能分别发生或互相影响若三者结合从单一的IL-2R基因可产生18种之多的mRNA链。目前尚不清楚是否某一类型mRNA比其它类型更稳定或翻译效率更高对IL-2R mRNA异质性的生物学意义也有待于进一步探讨。四、IL-2R基因表达调控一抗原刺激对IL-2R基因表达的影响抗原刺激后IL-2R表达与细胞增殖反应是一致的。无胸腺裸鼠和人为损伤免疫功能后的小鼠均显示为IL-2R阳性细胞减少及每细胞IL-2R数目降低而某些自身免疫病和器官移植排斥反应时均伴有IL-2R的过度表达。这表明IL-2R基因的表达调控与免疫反应强度有重要关系。二细胞因子对IL-2R基因表达的影响多种免疫活性细胞因子均可影响IL-2R的表达。IL-2本身能上行调节upregulation自己的受体这对已被抗原活化的T细胞的增殖有重要意义。通过IL-2的自分泌或旁分泌效应可使IL-2R表达长时间维持在高峰促进特异性T细胞的克隆性扩增。另一方面IL-2作为一种双功能分子在控制IL-2R使之不过度表达中亦起一定作用如IL-2与低亲和力受体结合后可产生某种负反馈信号。三基因转移技术对IL-2R基因表达调控的研究DNA分导的基因转移技术是研究受体与配基相互反应的新工具推动了IL-2R研究的深入。例如将IL-2RcDNA转移至COS细胞目的基因克隆的确认将克隆化的基因转移到哺乳类细胞系COS中表达的产物可与IL-2及抗Tac结合但经剪切后缺少外显子4的CDNA则不能指导合成具有IL-2R活性的产物这提示外显子4在维持IL-2R对配基结合方面起关键作用。将IL-2RcDNA转移到多种成纤维细胞只能表达低亲和力受体对IL-2不起增殖反应介导IL-2内在化的速度和效率仅是高亲和力受体的1/5。将人IL-2RcDNA转入EL-4小鼠胸腺细胞系后可同时表达高、低两种亲和力的受体kD值分别为160和2100pmol/L。Kondo等将人IL-2RcDNA导入小鼠IL-2依赖细胞系CTLL-2构建了稳定表达内源性小鼠和外源性人IL-2R的细胞系CT/hR该细胞系的人及小鼠的IL-2R为具有功能活性并可介导信号传递。此外许多作者利用定点诱变等蛋白质工程技术构建了多种突变的IL-2RDNA片段为IL-2R构效关系的确立提供了大量有用的资料。五、结论与展望IL-2R基因结构及表达调控的研究取得了显著进展揭示了IL-2R基因的复杂结构和多种调控机制。然而仍有许多问题有待进一步研究如不同类型IL-2R mRNA的生物学意义、IL-2R基因表达调控的精确分子机制等。深入研究IL-2R基因结构及表达调控不仅有助于深入理解免疫系统的运作规律还将为免疫相关疾病的治疗提供新的靶点和策略推动免疫学领域的发展。
IL-2R基因结构及表达调控研究进展
摘要IL-2R基因结构及表达调控是当代免疫学研究的重要课题其阐明对于揭示机体免疫应答及调节机制具有关键意义。自1984年IL-2Rα链cDNA克隆建立以来该领域取得了诸多突破。本文从IL-2R基因结构、不同类型IL-2R mRNA的形成机制、IL-2R基因表达调控等方面概要介绍相关研究进展。一、引言免疫系统在维持机体健康和抵御病原体入侵中发挥着至关重要的作用。细胞因子及其受体在免疫应答和调节过程中扮演着核心角色它们通过复杂的相互作用网络调控着免疫细胞的生长、分化和功能。白细胞介素-2受体IL-2R作为白细胞介素-2IL-2的特异性受体其基因结构及表达调控的研究一直是免疫学领域的热点对于深入理解免疫系统的功能和疾病的发生发展机制具有重要意义。二、IL-2R基因结构一IL-2Rα链基因结构自1984年IL-2Rα链cDNA克隆建立以来人们对IL-2Rα链基因结构有了较为深入的了解。人IL-2Rα链基因定位于第10号染色体长臂p1415区为单拷贝基因。DNA序列分析证实该基因由8个外显子和7个内含子组成由于第1个内含子结构庞大至今尚未分离到完整的片段推测其全长在25kb以上。3端非翻译区至少含3个功能性polyA序列第2和第3组polyA位点间有多额Alu重复序列。5端起始密码上游有2个起始位点在每个起始位点上游25 - 30bp处为TATA促进子序列在正常T淋巴母细胞中两个促进子的活性相同。最近在HTLV-I人类T淋巴细胞白血病病毒1型感染的白血病T细胞发现有第3个起始位点存在。此外IL-2Rα链基因与IL-2基因的TATA盒上游50bp处有9个氨基酸同源转录起始点附近也有一些短的同源区但其生理学意义尚待明确。二IL-2Rβ链和γ链基因结构人IL-2Rβ链基因定位于22号染色体成熟IL-2Rβ链有525个氨基酸5个N糖基化位点包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区。IL-2Rγ链表达于多种淋巴样细胞表面如Molt-β、Molt-4、Jurkat、MT-1、MT-2以及EB病毒感染的Raji细胞其基因结构也有其独特之处共同构成了IL-2R的基因结构基础。三、不同类型IL-2R mRNA的形成机制虽然IL-2R由单拷贝基因编码但当用IL-2RcDNA探针与人IL-2R mRNA杂交后可出现3.5kb和1.5kb两种类型的mRNA小鼠则至少有1.4、3.2、3.5、4.5kb四种类型且各种mRNA在体外翻译中均有功能活性。多种类IL-2RmRNA形成的可能机制包括多polyA点学说即IL-2R基因含3个polyA位点3端不翻译区的异质性可导致mRNA长度的差异外显子调动学说外显子2和4顺序极其相似由于在切除内含子时的错误识别将外显子切掉外显子3和5直接连接使mRNA变短多转录起始位点学说使用不同的转录起点可产生不同大小的转录产物。上述机制可能分别发生或互相影响若三者结合从单一的IL-2R基因可产生18种之多的mRNA链。目前尚不清楚是否某一类型mRNA比其它类型更稳定或翻译效率更高对IL-2R mRNA异质性的生物学意义也有待于进一步探讨。四、IL-2R基因表达调控一抗原刺激对IL-2R基因表达的影响抗原刺激后IL-2R表达与细胞增殖反应是一致的。无胸腺裸鼠和人为损伤免疫功能后的小鼠均显示为IL-2R阳性细胞减少及每细胞IL-2R数目降低而某些自身免疫病和器官移植排斥反应时均伴有IL-2R的过度表达。这表明IL-2R基因的表达调控与免疫反应强度有重要关系。二细胞因子对IL-2R基因表达的影响多种免疫活性细胞因子均可影响IL-2R的表达。IL-2本身能上行调节upregulation自己的受体这对已被抗原活化的T细胞的增殖有重要意义。通过IL-2的自分泌或旁分泌效应可使IL-2R表达长时间维持在高峰促进特异性T细胞的克隆性扩增。另一方面IL-2作为一种双功能分子在控制IL-2R使之不过度表达中亦起一定作用如IL-2与低亲和力受体结合后可产生某种负反馈信号。三基因转移技术对IL-2R基因表达调控的研究DNA分导的基因转移技术是研究受体与配基相互反应的新工具推动了IL-2R研究的深入。例如将IL-2RcDNA转移至COS细胞目的基因克隆的确认将克隆化的基因转移到哺乳类细胞系COS中表达的产物可与IL-2及抗Tac结合但经剪切后缺少外显子4的CDNA则不能指导合成具有IL-2R活性的产物这提示外显子4在维持IL-2R对配基结合方面起关键作用。将IL-2RcDNA转移到多种成纤维细胞只能表达低亲和力受体对IL-2不起增殖反应介导IL-2内在化的速度和效率仅是高亲和力受体的1/5。将人IL-2RcDNA转入EL-4小鼠胸腺细胞系后可同时表达高、低两种亲和力的受体kD值分别为160和2100pmol/L。Kondo等将人IL-2RcDNA导入小鼠IL-2依赖细胞系CTLL-2构建了稳定表达内源性小鼠和外源性人IL-2R的细胞系CT/hR该细胞系的人及小鼠的IL-2R为具有功能活性并可介导信号传递。此外许多作者利用定点诱变等蛋白质工程技术构建了多种突变的IL-2RDNA片段为IL-2R构效关系的确立提供了大量有用的资料。五、结论与展望IL-2R基因结构及表达调控的研究取得了显著进展揭示了IL-2R基因的复杂结构和多种调控机制。然而仍有许多问题有待进一步研究如不同类型IL-2R mRNA的生物学意义、IL-2R基因表达调控的精确分子机制等。深入研究IL-2R基因结构及表达调控不仅有助于深入理解免疫系统的运作规律还将为免疫相关疾病的治疗提供新的靶点和策略推动免疫学领域的发展。
