【学术前沿】NSMB | 范高峰/王皞鹏团队揭示T细胞发育调控的新机制
政务：细胞世界 2024-01-05 17:09

T细胞是获得性免疫系统中主要的功能执行者，负责识别抗原并做出免疫应答，而胸腺是T细胞发育和分化的场所。胸腺中发育早期的T细胞经过TCR重排后，产生具有极大多样性的TCR复合物细胞库，T 细胞抗原受体（TCR）可识别由抗原呈递细胞（APC）呈递的与MHC分子（pMHC）结合的抗原肽，T 细胞的发育、活化和分化成效应细胞的过程受一系列复杂信号的控制。与大多数识别单一配体的细胞表面受体不同，单个 TCR 能够识别不同的配体（如自身肽和外来肽），并具有广泛的亲和力。在胸腺中，TCR与配体相互作用的强度决定了未成熟T细胞的命运，胸腺细胞会进行正向和负向选择，以优化 T 细胞对外来抗原的反应，并防止对于自身抗原的自身免疫反应【1】。负向选择淘汰了与自身MHC分子有强亲和力的T细胞，否则会导致自身免疫，而正向选择则促进了与自身MHC分子亲和力相对较低的T细胞的存活和成熟，有利于在负向选择阈值内发展自我反应能力更强的细胞。在外周，低亲和力抗原对 TCR 的刺激会产生有利于维持 TCR 的信号，而高亲和力配体的刺激则会促进 TCR 的完全激活，从而导致克隆扩增并分化为效应亚群【1】。

1月4日，上海科技大学生命学院范高峰/王皞鹏课题组在Nature Structural & Molecular Biology上发表了题为 THEMIS is a substrate and allosteric activator of SHP1, playing dual roles during T cell development 的研究论文，揭示了T细胞发育调控基因THEMIS的具体作用机制，解决了领域长期以来的争论。

T细胞发育受到胸腺微环境和信号转导控制，这些过程在多个水平上受到精确的时空调控，其中酪氨酸磷酸化在T细胞信号级联中的调控尤为重要，酪氨酸的磷酸化修饰由激酶和磷酸酶进行精细调控。为了揭示磷酸酶在T细胞中的底物谱图，作者结合邻近标记技术PUP-IT（pupylation-based interaction tagging）【2】和酪氨酸磷酸酶底物捕获突变体机制（trapping mutant）【3】，开发了新技术PEPSI（PUP-IT Enhanced PTP Substrate Identification），用于高通量鉴定磷酸酶作用底物。作者首先在T淋巴细胞中开展了一系列磷酸酶SHP1、SHP2、PTP1B的底物鉴定工作，鉴定到THEMIS作为SHP1的新型底物。THEMIS特异性表达在T细胞中，在T细胞从双阳性阶段发育到单阳性阶段起到非常重要的作用，但其调控TCR信号强弱的作用机制有两个已知的但完全相反的模型【4-9】。作者在HEK293细胞和Jurkat细胞中验证了SHP1与THEMIS酶和底物的关系，并且找到了介导THEMIS磷酸化的激酶LCK。

通过磷酸化质谱和定点突变技术，作者鉴定了THEMIS蛋白的磷酸化位点Y34，在体外激酶实验中Y34F突变会很大程度上消除THEMIS的磷酸化。作者制备了THEMIS Y34位点磷酸化的抗体，并构建了LCK、SHP1、SHP2单敲除或者双敲除T细胞系，发现给与TCR刺激后THEMIS会迅速磷酸化并逐渐下调，THEMIS磷酸化信号动力学变化受到激酶LCK和磷酸酶SHP1、SHP2调控。

为了揭示THEMIS磷酸化的生物学意义，作者构建了THEMIS Y34F敲入和THEMIS敲除小鼠，利用流式细胞术分析了小鼠T细胞发育和增殖情况，发现了THEMIS Y34F敲入小鼠胸腺T细胞从双阳性阶段发育到单阳性阶段有明显的阻滞，并且脾脏中的CD4单阳性T细胞明显减少，这与THEMIS敲除小鼠的表型类似。通过测定体外纯化的SHP1蛋白和从小鼠胸腺细胞中免疫沉淀的SHP1蛋白的酶活，作者发现磷酸化的THEMIS可以激活SHP1，这说明THEMIS可能是SHP1的一个变构底物。进一步作者利用氢氘交换质谱、表面等离子共振等技术，发现磷酸化的THEMIS肽段结合SHP1的PTP结构域K520位点从而稳定SHP1的激活构象。因而提出了新的THEMIS作用模型：在TCR刺激后，LCK磷酸化THEMIS的Y34位点，磷酸化的THEMIS将SHP1稳定在开放的构象，激活的SHP1会抑制TCR信号的传递，从而保证正常的阴性选择。

该研究成果不仅揭示了调控T细胞发育的新机制和磷酸酶SHP1活性调控的新机制，并且为研究TCR信号通路调控的机制和发掘潜在的T细胞治疗靶点提供了新思路。

上海科技大学生命学院范高峰和王皞鹏教授为论文的共同通讯作者，博士后张佳丽、博士研究生江振洲为论文的共同第一作者，中国科学院上海药物所研究员郑杰，上海科技大学免疫化学所白芳教授，中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员左二伟提供了大力支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41594-023-01131-3

制版人：十一

参考文献

1 Germain, R. N. T-cell development and the CD4-CD8 lineage decision. Nat Rev Immunol 2, 309-322, doi:10.1038/nri798 (2002).

2 Liu, Q. et al. A proximity-tagging system to identify membrane protein-protein interactions. Nat Methods 15, 715-722, doi:10.1038/s41592-018-0100-5 (2018).

3 Flint, A. J., Tiganis, T., Barford, D. & Tonks, N. K. Development of "substrate-trapping" mutants to identify physiological substrates of protein tyrosine phosphatases. Proc Natl Acad Sci U S A 94, 1680-1685, doi:10.1073/pnas.94.5.1680 (1997).

4 Fu, G. et al. Themis controls thymocyte selection through regulation of T cell antigen receptor-mediated signaling. Nat Immunol 10, 848-856, doi:10.1038/ni.1766 (2009).

5 Johnson, A. L. et al. Themis is a member of a new metazoan gene family and is required for the completion of thymocyte positive selection. Nat Immunol 10, 831-839, doi:10.1038/ni.1769 (2009).

6 Lesourne, R. et al. Themis, a T cell-specific protein important for late thymocyte development. Nat Immunol 10, 840-847, doi:10.1038/ni.1768 (2009).

7 Fu, G. et al. Themis sets the signal threshold for positive and negative selection in T-cell development. Nature 504, 441-445, doi:10.1038/nature12718 (2013).

8 Choi, S. et al. THEMIS enhances TCR signaling and enables positive selection by selective inhibition of the phosphatase SHP-1. Nat Immunol 18, 433-441, doi:10.1038/ni.3692 (2017).

9 Mehta, M. et al. Themis-associated phosphatase activity controls signaling in T cell development. Proc Natl Acad Sci U S A 115, E11331-E11340, doi:10.1073/pnas.1720209115 (2018).

原标题：《【学术前沿】NSMB | 范高峰/王皞鹏团队揭示T细胞发育调控的新机制》