preTCR – pMHC促进胸腺细胞分化和增殖

撰文丨易

编程T细胞来区分自我和非自我是一个重要的、多步骤的过程。αβ T细胞库由数百万到数十亿的T淋巴细胞组成，每个T淋巴细胞以克隆的方式表达独特的表面TCRs。有颌脊椎动物在胎儿、新生儿和幼年时期的胸腺中产生克隆型αβ TCRs及其前身。起源于骨髓（和子宫内胎儿肝脏）的胸腺祖细胞在早期CD4- CD8- 双阴性（DN1, DN2）阶段增殖，并在DN2处Notch的影响下，进入T细胞谱系（Hosokawa H and Rothenberg EV. Nat Rev Immunol. 2021）。DN3a间隔（CD44- CD25+ CD28lo）的进展导致重组激活基因1和2（Rag-1和Rag-2）进一步形成αβ T谱系，促进TCRβ位点重排，产生重组β链，与固定的pTα亚基，形成一个二硫连接的异二聚体（Saint-Ruf C et al. Science. 1994）。然后，pTα-β二聚体与CD3结合形成TCR pTαβ-CD3 复合体，构成了αβ T细胞系中胸腺细胞发育的一个关键的早期检查点。

在preTCR信号的β选择检查点之后，DN3b群体（CD44-CD25+CD28hi）经历了一个关键的程序变化，以抑制Notch信号，下调Rag-1、-2和Ptcra基因的转录，增加细胞周期，并介导TCRβ位点的等位基因排斥，使每个细胞只表达一个TCRβ链。这些胸腺细胞依次过渡到DN4（CD44-CD25-）和未成熟的CD8单阳性细胞。进一步发展为双阳性（CD4+CD8+; DP）阶段，Rag基因第二次上调，允许TCRα位点的重组和转录，随后表现为TCR αβ异二聚体。为了细化αβ T细胞库，阳性和阴性选择事件都发生在胸腺皮层的DP阶段，并继续进入成熟的SP（CD4+CD8-和CD4-CD8+）髓质室，随后作为外周T细胞输出。

T细胞介导异常细胞的精确识别和消除，显示感染或细胞转化后的“外来”表面pMHC配体。根据先前的研究（Fehling HJ et al. Nature. 1995; Grusby MJ et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993; Irving BA et al. Science. 1998），推断preTCR信号与DN3阶段的配体识别无关。首先，形成αβ TCR中与pMHC相互作用表面部分的TCR β链变量域的消融不影响通过DN3a到DN3b检查点的发育；其次，β链和pTα链的胞外结构域缺失的preTCR可以驱动双阳性（CD4+CD8+；DP）区发育；第三，在MHCI-MHCII-双敲除小鼠中，胸腺细胞从DN3阶段到DP阶段的发育在细胞数量和表型方面都没有受到损害。

然而，最近的结构和生物物理数据揭示了preTCRs和pMHC配体之间的直接相互作用（Li X et al. Science. 2021; Mallis RJ et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015; Mizsei R et al. J Biol Chem. 2021）。功能测定表明，在缺乏基质MHCI和MHCII分子的情况下，增殖和细胞系发育受到限制。综合这些发现，有必要重新检查早期的研究结果，即preTCRs和pMHC之间的直接作用对胸腺细胞发育是否具有影响？

近日，美国哈佛大学医学院丹娜法伯癌症研究院EllisLReinherz团队在Nature上发表题为Pre-T cell receptor Self-MHC Sampling Restricts Thymocyte Dedifferentiation的文章，在支持基质上存在或不存在pMHC情况下，培养同步的胎儿胸腺祖细胞，在胸腺细胞发育转变时确定其单细胞转录组，来展示pMHC对胸腺细胞发育的影响。

研究发现，尽管MHC-间质促进了αβ T细胞分化，但pMHC - preTCR相互作用的缺失导致与去分化相关的胸腺细胞转录编程异常相关。具有T细胞淋巴母细胞和髓系恶性肿瘤先兆特征的高增殖DN和DP亚群出现。在B2m/H2-Ab1 MHC敲除小鼠中，多种MHC Ib类蛋白的代偿性上调在一定程度上保障了体内胸腺细胞的进展，尽管随着年龄的增长，可能会发展成播散性DP胸腺肿瘤。因此，除了促进β链序列扩宽以促进后续αβ TCR的利用外，preTCR - pMHC相互作用限制了细胞的可塑性，以促进正常胸腺细胞的分化和增殖，如果缺乏这种可塑性，则会引入发育脆弱性。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05555-7

制版人：十一

参考文献

1. Hosokawa H, Rothenberg EV. How transcription factors drive choice of the T cell fate.Nat Rev Immunol.2021. 3:162-176.

2. Saint-Ruf C, Ungewiss K, Groettrup M, Bruno L, Fehling HJ, von Boehmer H. Analysis and expression of a cloned pre-T cell receptor gene.Science. 1994. 266:1208-12.

3. Fehling HJ, Krotkova A, Saint-Ruf C, von Boehmer H. Crucial role of the pre-T-cell receptor alpha gene in development of alpha beta but not gamma delta T cells.Nature. 1995. 375:795-8.

4. Grusby MJ, Auchincloss H Jr, Lee R, Johnson RS, Spencer JP, Zijlstra M, Jaenisch R, Papaioannou VE, Glimcher LH. Mice lacking major histocompatibility complex class I and class II molecules.Proc Natl Acad Sci U S A.1993. 90:3913-7.

5. Irving BA, Alt FW, Killeen N. Thymocyte development in the absence of pre-T cell receptor extracellular immunoglobulin domains.Science. 1998. 280905-8.

6. Li X, Mizsei R, Tan K, Mallis RJ, Duke-Cohan JS, Akitsu A, Tetteh PW, Dubey A, Hwang W, Wagner G, Lang MJ, Arthanari H, Wang JH, Reinherz EL. Pre-T cell receptors topologically sample self-ligands during thymocyte β-selection.Science. 2021. 371:181-185.

7. Mallis RJ, Bai K, Arthanari H, Hussey RE, Handley M, Li Z, Chingozha L, Duke-Cohan JS, Lu H, Wang JH, Zhu C, Wagner G, Reinherz EL. Pre-TCR ligand binding impacts thymocyte development before αβTCR expression.Proc Natl Acad Sci U S A.2015. 112:8373-8.

8. Mizsei R, Li X, Chen WN, Szabo M, Wang JH, Wagner G, Reinherz EL, Mallis RJ. A general chemical crosslinking strategy for structural analyses of weakly interacting proteins applied to preTCR-pMHC complexes.J Biol Chem. 2021. 296:100255.