Нейропептид VIP надає випереджальний імунітет слизової, регулюючи активність ILC3

Предмети

Виправлення до цієї статті було опубліковано 30 січня 2020 року

Анотація

Уроджена лімфоїдна клітина групи 3 (ILC3), що продукується цитокіном інтерлейкіну-22 (IL-22), є критично важливою для підтримки імунного гомеостазу в шлунково-кишковому тракті. Тут ми виявляємо, що функція ILC3s не є постійною протягом дня, а натомість коливається між активними фазами та фазами спокою. Координативна реакція ILC3 в кишечнику залежала від харчової експресії нейропептидного вазоактивного кишкового пептиду (VIP). Кишкові ILC3 мали високу експресію зв’язаного з білком рецептора вазоактивного кишкового пептидного рецептора 2 (VIPR2), а активація за допомогою VIP помітно посилювала продукцію IL-22 та бар’єрну функцію епітелію. І навпаки, дефіцит передачі сигналів через VIPR2 призводив до порушення виробництва IL-22 за допомогою ILC3 і підвищувала сприйнятливість до спричинених запаленням травм кишечника. Таким чином, внутрішні клітинні ритми діяли у взаємодії з циклічними схемами прийому їжі, щоб стимулювати вироблення IL-22 і синхронізувати захист кишкового епітелію через шлях VIP – VIPR2 в ILC3.

Параметри доступу

Підпишіться на журнал

Отримайте повний доступ до журналу протягом 1 року

лише 4,60 € за випуск

Усі ціни вказані у нетто-цінах.
ПДВ буде додано пізніше під час оплати.

Оренда або купівля статті

Отримайте обмежений за часом або повний доступ до статей на ReadCube.

Усі ціни вказані у нетто-цінах.

Наявність даних

Дані профілювання одноклітинних РНК – Seq, що підтверджують висновки цього дослідження, були депоновані у сховищі генетичної експресії Omnibus із кодом приєднання GSE132273.

Список літератури

Сендер, Р., Фукс, С. та Майло, Р. Ми справді значно перевершені? Перегляд співвідношення бактеріальних та клітин-хазяїв у людини. Клітинка 164, 337–340 (2016).

Scheiermann, C., Kunisaki, Y. & Frenette, P. S. Циркадний контроль імунної системи. Нат. Преподобний Імунол. 13, 190–198 (2013).

Sonnenberg, G. F. та співавт. Вроджені лімфоїдні клітини сприяють анатомічному утриманню лімфоїдних коменсальних бактерій. Наука 336, 1321–1325 (2012).

Rankin, L. C. та співавт. Комплементарність та надмірність вроджених лімфоїдних клітин, що продукують IL-22. Нат. Імунол. 17, 179–186 (2016).

Морта, А. та ін. Мікробіозалежні перехресні перешкоди між макрофагами та ILC3 сприяють гомеостазу кишечника. Наука 343, 1249288 (2014).

Lindemans, C. A. та співавт. Інтерлейкін-22 сприяє регенерації епітелію, опосередкованому кишковими стовбуровими клітинами. Природа 528, 560–564 (2015).

Zenewicz, L. A. та співавт. Вроджений та адаптивний інтерлейкін-22 захищає мишей від запальних захворювань кишечника. Імунітет 29, 947–957 (2008).

Ібіца, С. та ін. Нейрорегулятори, отримані з гліальних клітин, контролюють вроджені лімфоїдні клітини 3 типу та захист кишечника. Природа 535, 440–443 (2016).

Хасегава, М. та ін. Інтерлейкін-22 регулює систему комплементу для підвищення стійкості проти патобіотиків після індукованого патогенами пошкодження кишечника. Імунітет 41, 620–632 (2014).

Чжен, Ю. та ін. Інтерлейкін-22 опосередковує ранній захист хазяїна від приєднання та знищення бактеріальних патогенів. Нат. Мед. 14, 282–289 (2008).

Lee, J. S. та співавт. AHR керує розвитком клітин ILC22 кишечника та постнатальних лімфоїдних тканин шляхом, залежним від Notch і незалежним від нього. Нат. Імунол. 13, 144–151 (2011).

Sonnenberg, G. F., Monticelli, L. A., Elloso, M. M., Fouser, L. A. & Artis, D. CD4 + клітини-індуктори лімфоїдної тканини сприяють вродженому імунітету в кишечнику. Імунітет 34, 122–134 (2011).

Зеланте, Т. та співавт. Катаболіти триптофану з мікробіоти взаємодіють з рецептором арильних вуглеводнів та врівноважують реакцію слизової через інтерлейкін-22. Імунітет 39, 372–385 (2013).

Ламас, Б. та співавт. CARD9 впливає на коліт, змінюючи метаболізм мікробіоти кишечника триптофану в ліганди арильних вуглеводневих рецепторів. Нат. Мед. 22, 598–605 (2016).

Wang, Y., Mumm, J. B., Herbst, R., Kolbeck, R. & Wang, Y. IL-22 підвищує проникність кишкових епітеліальних щільних з’єднань, посилюючи експресію клаудіну-2. J. Імунол. 199, 3316–3325 (2017).

Петерс, К. П., Мьосберг, Дж. М., Бернінк, Дж. Х. і Спітс, Х. Вроджені лімфоїдні клітини при запальних захворюваннях кишечника. Імунол. Lett. 172, 124–131 (2016).

Кірхбергер, С. та ін. Вроджені лімфоїдні клітини підтримують рак товстої кишки завдяки виробленню інтерлейкіну-22 на моделі миші. J. Exp. Мед. 210, 917–931 (2013).

Хубер, С. та співавт. IL-22BP регулюється запаленням і модулює пухлиноутворення в кишечнику. Природа 491, 259–263 (2012).

Гурі-БенАрі, М. та ін. Спектр і регулятивний ландшафт вроджених лімфоїдних клітин кишечника формується мікробіомом. Клітинка 166, 1231–1246.e13 (2016).

Колонна, М. Вроджені лімфоїдні клітини: різноманітність, пластичність та унікальні функції імунітету. Імунітет 48, 1104–1117 (2018).

Laffont, S. та співавт. Сигналізація про андроген негативно контролює вроджені лімфоїдні клітини групи 2. J. Exp. Мед. 214, 1581–1592 (2017).

Кватріні, Л. та співавт. Стійкість господаря до ендотоксичного шоку вимагає нейроендокринної регуляції вроджених лімфоїдних клітин групи 1. J. Exp. Мед. 214, 3531–3541 (2017).

Nussbaum, J. C. та співавт. Вроджені лімфоїдні клітини типу 2 контролюють гомеостаз еозинофілів. Природа 502, 245–248 (2013).

Wallrapp, A. та співавт. Нейропептид NMU підсилює алергічне запалення легенів, зумовлене ILC2. Природа 549, 351–356 (2017).

Клозе, C. S. N. та співавт. Нейропептид нейромедин U стимулює вроджені лімфоїдні клітини та запалення 2 типу. Природа 549, 282–286 (2017).

Кардозо, В. та ін. Нейрональна регуляція вроджених лімфоїдних клітин 2 типу через нейромедин U. Природа 549, 277–281 (2017).

Barrow, A. D. & Colonna, M. Вроджене зондування лімфоїдних клітин життєздатності тканин. Curr. Думка. Імунол. 56, 82–93 (2018).

Rankin, L. C. та співавт. Фактор транскрипції T-bet важливий для розвитку вроджених лімфоцитів NKp46 + через шлях Нотча. Нат. Імунол. 14, 389–395 (2013).

Mukherji, A., Kobiita, A., Ye, T. & Chambon, P. Гомеостаз в кишковому епітелії організований циркадними годинниками та мікробіотичними сигналами, переданими TLR. Клітинка 153, 812–827 (2013).

Ю, X. та ін. Диференціація клітин TH17 регулюється циркадним годинником. Наука 342, 727–730 (2013).

Кертіс, А. М., Беллет, М. М., Сассоне-Корсі, П. та О’Ніл, Л. А. Білки циркадних годинників та імунітет. Імунітет 40, 178–186 (2014).

Годіньо-Сільва, К. та співавт. Світлозахоплені та налаштовані мозком циркадні схеми регулюють ILC3 і гомеостаз кишечника. Природа 574, 254–258 (2019).

Акоста-Родрігес, А. Cell Metab. 26, 267–277.e2 (2017).

van der Maaten, L. & Hinton, G. Візуалізація даних за допомогою t-SNE. Дж. Мах. Навчіться. Рез. 9, 2579–2605 (2008).

Watanabe, K., Vanecek, J. & Yamaoka, S. In vitro захоплення циркадного ритму вивільнення вазопресину клітин у супрахіазматичному ядрі вазоактивним кишковим поліпептидом. Мозок Res. 877, 361–366 (2000).

Colwell, C. S. та співавт. Порушення циркадних ритмів у VIP-та PHI-дефіцитних мишей. Am. J. Physiol. Регул. Інтегр. Комп. Фізіол 285, R939 – R949 (2003).

Harmar, A. J. та співавт. Рецептор VPAC2 важливий для циркадної функції в супрахіазматичних ядрах миші. Клітинка 109, 497–508 (2002).

Лелієв, В. та ін. Шлунково-кишкова дисфункція у мишей з цілеспрямованою мутацією гена, що кодує вазоактивний кишковий поліпептид: модель для дослідження кишкової кишки та хвороби Гіршпрунга. Пептиди 28, 1688–1699 (2007).

Schwede, F., Maronde, E., Genieser, H. & Jastorff, B. Циклічні аналоги нуклеотидів як біохімічні засоби та перспективні препарати. Фармакол. Тер. 87, 199–226 (2000).

Yadav, M., Huang, M. C. & Goetzl, E. J. VPAC1 (вазоактивний кишковий пептидний (VIP) рецептор типу 1) G-білковий рецептор, посередництво VIP-посилення мишачого експериментального коліту. Клітинний імунол. 267, 124–132 (2011).

Veiga-Fernandes, H. & Mucida, D. Нейро-імунні взаємодії на бар'єрних поверхнях. Клітинка 165, 801–811 (2016).

Veiga-Fernandes, H. & Pachnis, V. Нейроімунна регуляція під час розвитку кишечника та гомеостазу. Нат. Імунол. 18, 116–122 (2017).

Моріяма, С. та ін. β2-адренергічний рецептор, опосередкований негативною регуляцією вроджених реакцій лімфоїдних клітин групи 2. Наука 359, 1056–1061 (2018).

Гастейгер, Г., Фан, X., Дікій, С., Лі, С. Ю. та Руденський, А. Ю. Тканинна резидентність вроджених лімфоїдних клітин у лімфоїдних та нелімфоїдних органах. Наука 350, 981–985 (2015).

Fan, X. & Rudensky, A. Y. Характерні ознаки лімфоцитів, що мешкають у тканинах. Клітинка 164, 1198–1211 (2016).

Хуанг, Ю. та ін. Залежне від S1P взаємодія між органами вроджених лімфоїдних клітин групи 2 підтримує захист господаря. Наука 359, 114–119 (2018).

Друзд, Д. та ін. Цілодобові годинники лімфоцитів контролюють торгівлю лімфовузлами та адаптивні імунні реакції. Імунітет 46, 120–132 (2017).

Селла, М. та співавт. Набір природних клітин-кілерів людини забезпечує вроджене джерело IL-22 для імунітету слизової. Природа 457, 722–725 (2009).

Andoh, A., Bamba, S., Fujiyama, Y., Brittan, M. & Wright, N. A. Субепітеліальні міофібробласти товстої кишки при запаленні та репарації слизової: внесок стовбурових клітин, отриманих з кісткового мозку, у регенераційну реакцію кишечника. J. Gastroenterol. 40, 1089–1099 (2005).

Санос, С. Л. та співавт. RORγt та коменсальна мікрофлора необхідні для диференціації клітин NKp46 +, що продукують інтерлейкін 22 слизової. Нат. Імунол. 10, 83–91 (2009).

Сторч, К. Ф. та ін. Внутрішні циркадні годинники сітківки ссавців: значення для обробки зорової інформації в сітківці. Клітинка 130, 730–741 (2007).

Шленнер, С. М. та співавт. Картування долі виявляє окреме походження Т-клітин та мієлоїдних ліній у тимусі. Імунітет 32, 426–436 (2010).

Goetzl, E.J. та співавт. Посилена гіперчутливість уповільненого типу та зменшена гіперчутливість негайного типу у мишей, у яких відсутній індуцибельний рецептор VPAC2 для вазоактивного кишкового пептиду. Proc. Natl Акад. Наук. США 98, 13854–13859 (2001).

Eberl, G. та співавт. Важлива функція ядерного рецептора RORγt у генерації клітин індуктора лімфоїдної тканини плода. Нат. Імунол. 5, 64–73 (2004).

Garcia, S., DiSanto, J. & Stockinger, B. Після розвитку реакції Т-клітин CD4 in vivo: від активації до формування пам'яті. Імунітет 11, 163–171 (1999).

Liao, Y., Smyth, G. K. & Shi, W. featureCounts: ефективна програма загального призначення для присвоєння зчитування послідовностей геномним ознакам. Біоінформатика 30, 923–930 (2014).

Ляо, Ю., Сміт, Г. К. та Ши, В. Вирівнювач Subread: швидке, точне та масштабоване відображення читання за допомогою насіння та голосування. Нуклеїнові кислоти Res. 41, e108 (2013).

Робінсон, М. Д., Маккарті, Д. Дж. Та Сміт, Г. К. край: пакет біопровідників для аналізу диференціальної експресії даних цифрової експресії генів. Біоінформатика 26, 139–140 (2010).

Річі, М. Є. та співавт. лімма аналізи диференціальної експресії потужностей для дослідження РНК-секвенування та мікрочипів. Нуклеїнові кислоти Res. 43, e47 (2015).

Робінсон, М. Д. та Ошлак, А. Метод нормалізації масштабування для аналізу диференціальної експресії даних РНК-Seq. Геном Біол. 11, R25 (2010).

Gagnon-Bartsch, J. A. & Speed, T. P. Використання контрольних генів для виправлення небажаних змін у даних мікрочипів. Біостатистика 13, 539–552 (2012).

Піпсон, Б., Лі, С., Маєвскі, І. Дж., Олександр, В. С. і Сміт, Г. К. Міцна оцінка гіперпараметрів захищає від гіперваріативних генів і покращує потужність виявлення диференціальної експресії. Енн Заяв. Стат. 10, 946–963 (2016).

Основна команда розробників R. Р: Мова та середовище для статистичних обчислень (Фонд статистичних обчислень R, 2018).

Хубер, В. та ін. Організація високопродуктивного геномного аналізу за допомогою біопровідника. Нат. Методи 12, 115–121 (2015).

Lun, A. T., McCarthy, D. J. & Marioni, J. C. Покроковий робочий процес для низькорівневого аналізу даних одноклітинної РНК-послідовності з біопровідником. F1000Res 5, 2122 (2016).

Лунь, А. Т. Л. та ін. EmptyDrops: розрізнення клітин від порожніх крапель у даних послідовності одноклітинної РНК на основі крапель. Геном Біол. 20, 63 (2019).

McCarthy, D. J., Campbell, K. R., Lun, A. T. & Wills, Q. F. Scater: попередня обробка, контроль якості, нормалізація та візуалізація одноклітинних даних РНК-Seq у R. Біоінформатика 33, 1179–1186 (2017).

Піжуан-Сала, Б. та ін. Одноклітинна молекулярна карта гаструляції мишей та раннього органогенезу. Природа 566, 490–495 (2019).

Li, W., Germain, R. N. & Gerner, M. Y. Мультиплекс, кількісний клітинний аналіз у великих обсягах тканин із покращеною очищенням 3D-мікроскопією (Ce3D). Proc. Natl Акад. Наук. США 114, E7321 – E7330 (2017).

Schindelin, J. et al. Фіджі: платформа з відкритим кодом для аналізу біологічних зображень. Нат. Методи 9, 676–682 (2012).

Routy, B. et al. Мікробіом кишечника впливає на ефективність імунотерапії на основі PD-1 проти епітеліальних пухлин. Наука 359, 91–97 (2018).

Ветізу, М. та ін. Протипухлинна імунотерапія блокадою CTLA-4 базується на мікробіоті кишечника. Наука 350, 1079–1084 (2015).

Mielke, L. A. та співавт. TCF-1 обмежує утворення клітин Tc17 шляхом репресії осі MAF – RORγt. J. Exp. Мед. 216, 1682–1699 (2019).

Подяка

Ми вдячні М. Каміллері, А. Ліну, С. Кри, К. Альварадо та Т. Путоцькі за технічну консультацію та підтримку. Ми вдячні С. Вілкоксу за виконання послідовності та С. Натту за критичне читання рукопису. Фінансову підтримку цій роботі надали Національна рада з питань охорони здоров’я та медичних досліджень (NHMRC) Австралії (APP1165443, 1122277 і 1054925 для GTB і CS), Cure Cancer and Cancer Australia (APP1163990 для NJ), The Rebecca L. Cooper Medical Research Заснування (до GTB) та стипендії від NHMRC (APP1135898 до GTB, APP1123000 до CS та APP1154970 до GKS). Це дослідження стало можливим завдяки Програмі підтримки оперативної інфраструктури уряду штату Вікторія та Схеми підтримки інфраструктури уряду Австралії NHMRC.

Інформація про автора

Приналежності

Інститут медичних досліджень Уолтера та Елізи Холл, Мельбурн, Вікторія, Австралія

Сіріл Сійє, Кайлі Луонг, Джулі Тельє, Ніколя Жакело, Руй Донг Шен, Пітер Хікі, Верена К. Віммер, Лаклан Уайтхед, Келлі Роджерс, Гордон К. Сміт, Олександра Л. Гарнхем, Метью Е. Річі та Габріель Т. Белз

Кафедра медичної біології, Університет Мельбурна, Мельбурн, Вікторія, Австралія

Сіріл Сійє, Кайлі Луонг, Джулі Тельє, Ніколя Жакело, Руй Донг Шен, Пітер Хікі, Верена К. Віммер, Лаклан Уайтхед, Келлі Роджерс, Олександра Л. Гарнхем, Метью Е. Річі та Габріель Т. Белз

Школа математики та статистики Мельбурнського університету, Мельбурн, Вікторія, Австралія

Інститут Діамантіни Квінслендського університету, Квінслендський університет, Брісбен, Квінсленд, Австралія

Габріель Т. Белз

Ви також можете шукати цього автора в PubMed Google Scholar

Внески

C.S., K.L., A.L.G., P.H., N.J., J.T., V.C.W. та R.D.S. проводив експерименти та аналіз даних. G.K.S., A.L.G., P.H. та M.E.R. курував біоінформаційний аналіз. V.C.W., K.R. та Л.В. контролював аналіз зображень. G.T.B. написав проект рукопису та передав його спільно з C.S. та за допомогою інших співавторів. G.T.B. і C.S. керували дослідженнями.

Автори-кореспонденти

Декларації про етику

Конкуруючі інтереси

Автори декларують відсутність конкуруючих інтересів.

Додаткова інформація

Інформація про експертну перевірку Йоана Візан була головним редактором цієї статті і керувала редакційним процесом та експертною оцінкою у співпраці з рештою редакторської команди.

Примітка видавця Springer Nature залишається нейтральним щодо юрисдикційних вимог в опублікованих картах та інституційних приналежностей.