轉載從: Tech News 科技新報
我們的身體擁有免疫系統能抵禦外來病原體的侵襲，因而讓我們免除疾病，但是在某些情況下免疫功能失調，會使我們自己的組織、細胞受損，甚至會有生命危險，這就是所謂的自體免疫疾病（Autoimmune Disease）。
過多未抑制的 X 染色體表現易引發自體免疫
自體免疫疾病發生在雌性身上的機率高於雄性，主要原因是雌性的性染色體（sex chromosome）為兩個 X。雌性哺乳類細胞中會發生 X 染色體去活化（X chromosome inactivation）過程，是指兩條 X 染色體其中一條失去活性的現象。X 染色體會包裝成異染色質（Heterochromatin），上面的基因受抑制而不表現，可使雌性不會因為擁有兩個 X 染色體而產生兩倍相同的基因產物。但有時在免疫細胞中，去活化的 X 染色體有某些基因能逃過該過程，使雌性額外表現免疫相關基因，造成異常的自體免疫。
在一項新研究中，賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）的研究小組闡述了當免疫系統的 B 細胞，遇到外來抗原而開始在骨髓裡發育成熟時，X 染色體去活化的過程如何受到調控。他們研究女性體內的動態機制，闡明當轉錄因子（transcription factor）YY1 存在時，缺乏 X 染色體失活標記的 B 細胞，會在 B 細胞活化期間再度恢復這些修飾，一樣造成 X 染色體的去活性。
賓夕法尼亞州獸醫學院生物醫學系的助理教授 Montserrat C.Anguera 說：「令人驚奇的是，B 細胞既是抗體（antibody）也是自體抗體（autoantibody）的生產者，因此它們在保護性的免疫反應和自體免疫反應都至關重要。我們所面臨的一大問題是，為什麼啟動這種染色體的免疫細胞會受到不同的調節，而且如果當這些過程出現問題，究竟是如何導致自體免疫反應（autoimmunity）和自身耐受（self tolerance）功能的喪失？」
解開免疫細胞過度表現之謎
該研究發表在 PLOS Genetics，由 Anguera 的實驗室的博士生 Camille M. Syrett 所領導。Anguera 及其同事在《國家科學院學報》（Proceedings of the National Academy of Sciences）發表的一項研究中發現，初始的、未受刺激的女性淋巴細胞，包括 B 細胞和 T 細胞，都未能完全使 X 染色體去活性。研究表明，關鍵在於 Xist 這個非編碼的 RNA 轉錄物（non-coding RNA transcript）。X 染色體有一段稱為 X 去活化中心（X inactivation center，XIC）序列，XIC 序列帶有一個非轉譯的 RNA 基因，就是 Xist。Xist RNA 會從 XIC 位置開始，逐漸將其中一條 X 染色體包起來，不久就會發生基因沉默（gene silencing）現象。初始的淋巴細胞中，Xist 未能定位出該去活化的 X 染色體，就無法順利包覆它使之去活化。但當免疫細胞被激活後，Xist RNA 又會重新出現在適當的位置，完成它的工作。「我們相當好奇到底是什麼將 Xist RNA 引領回來。」Syrett 說。
該團隊使用螢光追蹤物來定位 Xist 在雌性小鼠中 B 細胞的位置。他們發現 B 細胞的前驅物（precursor），如造血幹細胞（hematopoeietic stem cell）和共同淋巴前驅細胞（common lymphoid progenitor），在去活化 X 染色體上可觀察到清晰的 Xist RNA。然而，當這些 B 細胞前驅物逐漸發展成為 B 細胞時，Xist RNA 似乎會先消失，然後才再度出現。
除此之外，他們還發現，在 X 染色體失活期間應該抑制基因表現的異染色質修飾（heterochromatin modification），在 B 細胞發育過程會消失。「這表明真的有一些非常不尋常的現象發生在雌性 B 細胞發育的過程」，Anguera 表示。
為了解 Xist 如何在 B 細胞激活後再度被帶回來使 X 染色體去活化，研究人員追蹤 B 細胞中的 Xist RNA。他們發現 Xist 的再現發生在兩個不同的階段：細胞被激活後 4 至 16 小時，開始出現 Xist RNA 零星的斑點。刺激後 16 至 30 小時，Xist RNA 僅集中在去活化的 X 染色體。異染色質修飾在第二階段也逐漸增加並定位在去活化 X。
RNA 非轉譯片段 Xist 扮演關鍵角色
該團隊研究指出，YY1 蛋白質是將 Xist 再度帶回來的關鍵角色。他們觀察缺乏 YY1 小鼠體內的 B 細胞，發現異染色質的標記大幅降低，且 Xist RNA 被重新定位回去活化 X 染色體的量也較少。
該小組還觀察到 YY1 能影響 X 染色體基因表達的證據。他們從雄性和雌性細胞中剔除 YY1 基因，並比較在 X 染色體差異表達的基因時，發現有 68 個基因只在雌性表現，1 個只在雄性表現，而共同表達的有 11 個。
在 68 個雌性特有基因中，許多都與免疫相關，已知至少兩種在人類女性的 B 細胞中過度表達。 進一步的實驗確定了 YY1 的 DNA 結合活性區，是將 Xist RNA 引領回到去活化 X 染色體的關鍵區。「它就像一條繫繩，將 Xist RNA 與去活化 X 染色體連結在一起。」Anguera 描述。
她和同事將進一步探索 YY1 的作用，使用臨床樣本和小鼠模型來研究狼瘡（lupus）等疾病的蛋白質，以了解細胞如何逃過 X 染色體去活化的過程來造成自體免疫疾病。
「若要開發自體免疫疾病的新療法，目前可以致力的方向是，如何將 Xist 帶回去活化 X 染色體並讓它長期留在那？」Anguera 提到。「YY1 會是一個非常有潛力的發展目標。」
▲ 左為雌鼠體內已激活的 B 細胞，右為剔除 YY1 基因的 B 細胞，而紅色亮點為 Xist RNA。可看出當 YY1 不存在時，Xist RNA 便無法集中定位在 X 染色體。（Source：賓夕法尼亞大學）
（首圖來源：shutterstock）