表观遗传调控在神经元经典MHCⅠ类分子组成型和诱导型表达中的作用机制研究

Studies on the expression and function of classical MHC I molecules in the central nervous system (CNS) have become hot spots in the field of brain development and neuroimmunology. The results from our lab and Shatz CJ group have suggested that the constitutive expression of classical MHCⅠhas temporal and spatial specificity in brain development, which plays important physiological roles in the synaptic plasticity and its dependent motor learning process. The expression of classical MHC I molecules is almost disappeared after the critical development period. But its expression can be induced after stroke and epilepsy, which has a deleterious effect on recovery. The expression pattern of classical MHC I molecules in the CNS is similar to that of MHC class II molecules in the immune cells. Therefore, the expression of neuronal classical MHC I molecules may be regulated by epigenetic modifications which participate in the regulation of MHC class II molecules expression. CIITA encoded by MHC2TA, may act as a dominant switch and play a crucial role in the expression of neuronal classical MHC I molecules. By many methods, we will study on the role of epigenetic regulation in the constitutive and disease-associated inducible expression of neuronal classical MHC I molecules in cell, tissue and animal models. We believe that our work will lay the foundation for indepth acknowledge of the mechanisms of multiple functions of MHC class I molecules in the CNS, and provide a promising opportunity for treatment of CNS diseases, such as stroke and epilepsy.

MHCⅠ类分子在中枢神经系统的表达及功能是神经免疫领域的研究热点。本实验室及斯坦福大学ShatzCJ团队等研究显示神经元MHCⅠ类分子在发育期为时空特异性组成型表达，在突触可塑性及其依赖的运动学习等过程发挥生理功能，当突触可塑性完成后基本关闭表达；但脑卒中、癫痫等疾病状态下则出现诱导型表达，发挥不利于预后的病理作用。这种表达模式类似于免疫细胞MHCII类分子表达模式，因此提出：神经元可能采用类似于免疫系统MHCII类分子的表观遗传调控方式参与MHCⅠ类分子表达调控，MHC2TA基因编码的CIITA在神经元MHCⅠ类分子表达中可能发挥主导开关作用。我们拟综合运用多种方法，在细胞、组织、动物模型水平探究表观遗传在神经元MHCⅠ类分子组成型及疾病条件下诱导型表达调控的机制。本课题的完成将为深入解析该分子在中枢神经系统发挥多种功能的机制提供实验基础，为治疗卒中或癫痫等神经系统疾病提供新的备选方案。

MHCⅠ类分子在中枢神经系统的表达及功能是神经免疫领域的研究热点。前期研究显示神经元MHCⅠ类分子在发育期为时空特异性组成型表达，在突触可塑性等过程发挥生理功能，当突触可塑性完成后基本关闭表达。因此提出神经元可能采用类似于免疫系统MHCⅡ类分子的表观遗传调控方式调控MHCⅠ类分子表达、CIITA可能发挥主导开关作用的假想。本项目中我们综合运用多种方法，在细胞、组织、动物模型水平探究表观遗传在神经元MHCⅠ类分子组成型表达调控的机制。结果发现小鼠海马组织在P0-P15时期中MHCⅠ类分子主要是转录水平的调控，而P15后主要是转录后水平的调控。我们证实CIITA分子在中枢神经系统对MHCⅠ类分子没有发挥调控作用，并首次报道NLRC5是神经元发育过程中MHCⅠ类分子上调表达的重要调控因子，解析了NLRC5的具体调控方式。我们还发现P0和P30 MHCⅠ类分子的启动子区域处于低甲基化状态，而组蛋白乙酰化酶HDAC2对于MHCⅠ类分子表达有调控作用，说明DNA甲基化和组蛋白乙酰化均参与中枢神经系统MHCⅠ类分子的调控。非编码RNA也参与MHCⅠ类分子表达调控，其中miRNA146a能负调控MHCⅠ类分子表达。MHCⅠ类分子的H2-K转录本上具有m6A动态修饰，并受到甲基化酶METTL3/14的调控。MHCⅠ类分子泛素相关酶SEL1L/HRD1/UBE2J1复合物对神经元中MHCⅠ类分子的下调表达起到一定作用。这些结果说明发育过程中MHCⅠ类分子的表达存在多方面多层次的调控，体现了中枢神经系统对MHCⅠ类分子在神经发育所需的必要时期和关键部位表达的精准、复杂的网络控制。与此同时我们还进行了拓展研究，发现了经典MHCⅠ类分子在中枢神经系统中的一些新功能，有效地串联了蛋白的表达和功能研究。本项目基本完成了预定的研究内容，将为深入解析MHCⅠ类分子在中枢神经系统发挥多种功能的机制提供实验基础。