DNA damage-driven chromatin changes and immunometabolism

Abstract

The appropriate spatiotemporal development of numerous immune cell lineages is at the heart of innate and adaptive immune responses. Many research efforts have demonstrated the importance of epigenetic and transcriptional control in cell lineage specification. Transcription factors andchromatin remodellers govern developmentally important gene sets in the cell lineage specification regulation. For this to occur, global and tissue-specific factors collaborate in a regulated fashion to control chromatin structure. SATB1 (special AT-rich binding protein 1) is a tissue-specific genomeorganiser and regulator that controls both long and short-range chromatin interactions. Recent evidence suggests that SATB1 cooperates with the aforementioned variables, bridging global to tissue-specific gene regulation. Representative genomic loci that are tightly regulated by epigenetic modifications and overall chromatin landscape are the Tcr loci in T cells. During T cell differentiation in the thymus, the everchanging chromatin structure allows for their successful and timely transcription ensuring a vast array of transcripts being produced. This diverse plurality of transcripts is associated with the process of V(D)J recombination allowing for the formation of functional T cell receptors on the surface of maturing T cells that will facilitate an organism’s survival and immune system-related homeostasis. Clearly, changes in 3D genome organisation are critical for normal cell formation and function, and disrupting these strictly controlled processes can result in severe immune-related disorders. This previous scientific knowledge allowed us to be inspired for our study which investigated the interplay between SATB1 and V(D)J recombination and assessed how this essential transcription factor regulates the epigenetic landscape and recruits chromatin-modifying factors to successfullyalter genomic conformation. Based on previous findings, SATB1 was seen to mediate long-range loop formations within the Tcra locus in DP thymocytes to facilitate transcription. As such our current investigation focuses on how SATB1 depletion affects V(D)J recombination potential withinthis locus. Our group suggests an intriguing mechanism in which SATB1 plays an indispensable role by regulating post-translational modification mark formation at the Tcra locus which will in turn allow for V(D)J recombination to take place. The usage of a SATB1 cKO model which exhibits anautoimmune phenotype was indispensable for the conduction of this project. By utilising murine models, we aimed to propose a way forward to understanding the basis of autoimmune disorder development and provide future research with a potential molecular target that can be used in thefight against these increasingly prevalent disorders.

Η κατάλληλη χωροχρονική ανάπτυξη πολυάριθμων κυτταρικών σειρών του ανοσοποιητικού συστήματος βρίσκεται στο επίκεντρο των έμφυτων και επίκτητων ανοσολογικών αποκρίσεων. Πολλές ερευνητικές προσπάθειες έχουν καταδείξει τη σημασία του επιγενετικού και μεταγραφικούελέγχου στον καθορισμό των κυτταρικών σειρών. Οι μεταγραφικοί παράγοντες και οιαναδιαμορφωτές της χρωματίνης ρυθμίζουν αναπτυξιακά σημαντικά σύνολα γονιδίων στη ρύθμιση του καθορισμού της κυτταρικής σειράς. Για να συμβεί αυτό, οι καθόλικοι και οι ειδικοί για τον ιστό παράγοντες συνεργάζονται με ρυθμιζόμενο τρόπο για τον έλεγχο της δομής της χρωματίνης. Η SATB1 (ειδική πρωτεΐνη 1 πρόσδεσης πλούσιας σε ΑΤ) είναι ένας ιστό-ειδικός οργανωτής και ρυθμιστής του γονιδιώματος που ελέγχει τόσο τις αλληλεπιδράσεις της χρωματίνης σε μακρά όσο και σε μικρή εμβέλειας απόσταση. Πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι η SATB1 συνεργάζεται με τις προαναφερθείσες μεταβλητές, γεφυρώνοντας την καθόλικη με την ειδική για τον ιστό γονιδιακή ρύθμιση. Αντιπροσωπευτικοί γονιδιωματικοί τόποι που ρυθμίζονται στενά από επιγενετικές τροποποιήσεις και το συνολικό τοπίο της χρωματίνης είναι οι τόποι Tcr στα Τ κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησης των Τ κυττάρων στο θύμο, η συνεχώς μεταβαλλόμενη δομή της χρωματίνης επιτρέπει την επιτυχή και έγκαιρη μεταγραφή τους, εξασφαλίζοντας την παραγωγή μιας τεράστιας σειράς μεταγράφων. Αυτό το ποικίλο πλήθος μεταγράφων συνδέεται με τη διαδικασία του ανασυνδυασμού V(D)J, επιτρέποντας το σχηματισμό λειτουργικών υποδοχέων Τ στην επιφάνεια των Τ-κυττάρων που ωριμάζουν, οι οποίοι θα διευκολύνουν την επιβίωση του οργανισμού και την ομοιόσταση που σχετίζεται με το ανοσοποιητικό σύστημα. Είναι σαφές ότι οι αλλαγές στην τρισδιάστατη οργάνωση του γονιδιώματος είναι κρίσιμες για τον φυσιολογικό σχηματισμό και τη λειτουργία των κυττάρων και η διαταραχή αυτών των αυστηρά ελεγχόμενων διαδικασιών μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές διαταραχές που σχετίζονται με το ανοσοποιητικό σύστημα. Αυτή η προηγούμενη επιστημονική γνώση μας επέτρεψε να εμπνευστούμε για τη μελέτη μας, η οποία διερεύνησε την αλληλεπίδραση μεταξύ του SATB1 και του ανασυνδυασμού V(D)J και αξιολόγησε τον τρόπο με τον οποίο αυτός ο βασικός μεταγραφικός παράγοντας ρυθμίζει το επιγενετικό τοπίο και στρατολογεί παράγοντες τροποποίησης της χρωματίνης για την επιτυχή αλλαγή της γονιδιωματικής διαμόρφωσης. Βάσει προηγούμενων ευρημάτων, ο SATB1 φάνηκε να μεσολαβεί στη δημιουργία βρόχων μεγάλης εμβέλειας εντός του τόπου Tcra στα θυμοκύτταρα DPγια τη διευκόλυνση της μεταγραφής. Ως εκ τούτου, η τρέχουσα έρευνά μας επικεντρώθηκε στον τρόπο με τον οποίο η μείωση των επιπέδων έκφρασης SATB1 επηρεάζει το δυναμικό ανασυνδυασμού V(D)J εντός αυτού του τόπου. Η ομάδα μας προτείνει έναν ενδιαφέροντα μηχανισμό στον οποίο ο SATB1 διαδραματίζει έναν απαραίτητο ρόλο ρυθμίζοντας τον σχηματισμό σημάτων μετα-μεταφραστικής τροποποίησης στον τόπο Tcra, ο οποίος με τη σειρά του θαεπιτρέψει την πραγματοποίηση του ανασυνδυασμού V(D)J. Η χρήση ενός μοντέλου SATB1 cKO τοmοποίο εμφανίζει αυτοάνοσο φαινότυπο ήταν απαραίτητη για τη διεξαγωγή αυτού του έργου. Με τη χρήση μοντέλων ποντικού, στοχεύσαμε να προτείνουμε ένα μηχανισμό για την κατανόηση τηςβάσης της ανάπτυξης αυτοάνοσων διαταραχών και να παράσχουμε στη μελλοντική έρευνα έναν πιθανό μοριακό στόχο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην καταπολέμηση αυτών των ολοένα και πιο διαδεδομένων διαταραχών.