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由膳食氨基酸的共生体产生的宿主免疫调节脂质

自然体积600，页面302 - 307 (2021）引用这篇文章

主题

一个出版商校正本文发表于2022年1月9日

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摘要

来自共生菌群的小分子对肠道免疫的成熟和调节有重要作用1．然而，在宿主-菌群环境中控制免疫发育的分子机制知之甚少。在这里，使用靶向脂质组学分析和合成方法，我们对来自人类共生体的免疫调节α-半乳糖基神经酰胺进行了多方面的研究脆弱拟杆菌(BfaGCs)。BfaGCs的末端分支是宿主肠道吸收的支链氨基酸的结果b . fragilis．一个b . fragilis不能代谢支链氨基酸的敲除菌株显示BfaGCs分支减少，用该突变菌株单定殖的小鼠结肠自然杀伤T (NKT)细胞调节受损，暗示结构特异性免疫调节活性。BfaGCs的鞘氨酸链分支是NKT细胞激活的关键决定因素，它诱导特异性免疫调节基因表达签名和效应功能。CD1d-BfaGC-NKT细胞受体复合物的共晶结构和亲和力分析证实了BfaGCs作为cd1d限制性配体的相互作用。我们提出了一个结构和分子水平的范例，免疫调节控制的内源性代谢产物与饮食，微生物群和免疫系统的相互作用。

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图1:BfaGCs链长和分支变化的化学结构分配。
图2:BfaGC的分枝受宿主饲粮BCAA的支配，BCAA的利用在b . fragilis损害其调节宿主结肠NKT细胞的能力。
图3:BfaGCs引起不同的免疫调节信号和作用。
图4:2C12 NKT细胞受体(TCR) -mCD1d-BfaGC三元配合物的晶体结构显示BfaGCs与mCD1d和2C12 TCR之间存在保守且明显的分子相互作用。

数据可用性

NKT细胞转录组分析的原始数据保存在NCBI序列读取档案(SRA)中PRJNA750126．将2C12 TCR-mCD1d-SB2217和2C12 TCR-mCD1d-SB2219三元配合物的晶体结构按登录号存入蛋白质数据库7直径而且6 xng,分别。含有MS1扫描的脂质组分析数据保存到代谢组学工作台研究编号ST001910。

改变历史

参考文献

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下载参考

确认

我们感谢J. McCoy和E. J. Paik的稿件准备，R. T. Bronson的组织病理学评分，S. Iyer, L. Gebremedhin, E. Choi和T. Yanostang的技术支持，以及澳大利亚同步加速器的工作人员的数据收集协助。这项工作得到了美国国立卫生研究院(K01-DK102771和R01-AT010268给S.F.O, R01-DK044319给r.s.b)，国防部(w81xw -19-1-0625给D.L.K.)，布里格姆妇女医院(麻醉科、围手术期和疼痛医学基础科学补助金给S.F.O.)，韩国国家研究基金会(2014R1A3A2030423和2012M3A9C4048780给S.B.P.)，澳大利亚研究委员会(ARC) (CE140100011和ARC奖助金给j.r.)的支持。以及ARC未来奖学金给J.L.N.)。用于图的图形图像。2是由BioRender.com创建的。

作者信息

作者指出

  1. 这些作者贡献相同:Sungwhan F. Oh, T. Praveena

作者和联系

  1. 美国马萨诸塞州波士顿哈佛医学院Blavatnik研究所免疫学系

    成桓F. Oh, Deniz Erturk-Hasdemir, ChangWon C. Lee和Dennis L. Kasper

  2. 美国波士顿布里格姆妇女医院麻醉科，围手术期和疼痛医学科，实验治疗和再灌注损伤中心

    吴成焕，刘智善，郑大正

  3. 澳大利亚维多利亚州克莱顿莫纳什大学生物医学发现研究所，感染与免疫项目及生物化学与分子生物学系

    T. Praveena, Jérôme Le Nours & Jamie Rossjohn

  4. 化学蛋白质组学CRI中心，首尔国立大学化学系，韩国首尔

    Heebum歌,Yoon Soo黄Jesang Hyunsoo Kim Lee & Seung屁股公园

  5. 美国麻萨诸塞州波士顿布里格姆妇女医院内科消化科、肝脏科和内窥镜科

    理查德·s·布隆伯格

  6. 澳大利亚研究委员会高级分子成像卓越中心，莫纳什大学，克莱顿，维多利亚，澳大利亚

    杰米Rossjohn

  7. 英国卡迪夫希斯公园卡迪夫大学医学院感染和免疫研究所

    杰米Rossjohn

作者
  1. Sungwhan f .哦
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  2. t . Praveena
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  3. Heebum歌
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  4. Ji-Sun柳
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  5. Da-Jung荣格
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  6. Deniz Erturk-Hasdemir
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  7. Yoon秀黄
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  8. ChangWon c·李
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  9. 杰罗姆·勒努尔
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  10. Hyunsoo金
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  11. Jesang李
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  12. 理查德·s·布隆伯格
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  13. 杰米Rossjohn
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  14. Seung屁股公园
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  15. 丹尼斯·l·卡斯帕
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贡献

sfo、D.L.K.和R.S.B.构思了这个想法，并设计了研究大纲。S.F.O、H.B.S.和S.B.P.设计了合成bfagc的结构;H.B.S、Y.S.H、H.K.和J.L.合成了BfaGC分子。t.p.、J.L.N.和J.R.分别制备了2C12 TCR-CD1d-BfaGCs晶体，并进行了x射线结晶学分析和SPR亲和度测量。sfo, j - s.y和c.c.l设计并实施了所有的微生物实验。S.F.O d.j.j和d.e.h。体外和体内细胞因子测定。sf和d。j。j。设计并实施了所有的动物实验。j - s.y进行了转录组学分析。S.F.O、S.B.P、J.R.和D.L.K.撰写了手稿，所有作者都对相关讨论做出了贡献。

相应的作者

对应到Sungwhan f .哦，杰米Rossjohn，Seung屁股公园或丹尼斯·l·卡斯帕．

道德声明

相互竞争的利益

S.F.O、R.S.B.和D.L.K.已经就bfagc的功能和相关结构申请了专利(美国专利10,329,315)。S.F.O、S.B.P.和D.L.K.就BfaGCs的功能和相关结构申请了专利(正在审查中)。

额外的信息

同行审查的信息自然感谢匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。

扩展的数据图和表

图1 NKT激动剂KRN7000、OCH及其代表分子结构b . fragilis -派生的aGC (SB2217)。

．

图2 BfaGCs的LC-MS剖面。

(A) C32- c36BfaGCs。(B) C34bfagc是b . fragilis鞘糖脂(N = 5)。

图3 C .的LC-MS/MS赋值34BfaGC结构变异。

(A)总C的MS/MS- xic34BfaGCs(762→698)表明BfaGCs是RP-HPLC分离的等压混合物。(B, C) C的MS/MS- xics34BfaGCs揭示了共洗脱的化学同源物。两种具有C17/ C17(B)和C18/ C16(C)分别得到490和504个MS/MS指纹图谱。(D)三个峰的MS/MS指纹图谱显示490个MS/MS片段之间的相对强度差异显著(C17/ C17和504 (C18/ C16)，这意味着后两个峰是链长同源物的混合物。色谱图和光谱表示三个重复的观察结果。(E- h) (E) C最丰富峰的MS/MS谱图32, (F) C33, (G) C35和(H) C36BfaGCs。MS/MS指纹图谱462-518显示鞘氨酰链和酰基链的长度。光谱是三次重复观测的代表。

图4 23种合成BfaGCs的化学结构。

(SB2201-SB2223)。

图5 BCAA通过直接合并指示BfaGCs的分支在活的有机体内．

(A-E)不同分支之间的比率34BfaGCs (MS1 XIC=762.57，为[M+HCOO-)显然是不同的b . fragilis(A)和b . fragilis在最低培养基(B)中生长。在确定培养基中添加单个BCAAs (C-E)会增加支链(双支链和单支链)BfaGCs的产量。(F-H) MS/MS指纹图谱证实了C中含有亮氨酸和异亮氨酸17/ C17神经酰胺主干(通过C5支化酰基辅酶a)和缬氨酸进入C18/ C16主干(通过C4支化酰基辅酶a)。色谱图和光谱是三次重复观察的代表。(I) MS/MS- xic的d3.- - - d6- c34BfaGC表明氘标记亮氨酸在BfaGC中被积极结合。(J-K) MS/MS图显示(J)存在d3-亮氨酸或(K)不存在d3-亮氨酸时肠道BfaGC (M+3同位素)差异显著，表明存在d3-亮氨酸的MS2片段反映了结构中氘标记亮氨酸的内含。色谱图和光谱是四只小鼠的代表性结果。

图6遗传研究b . fragilis Bcatorthologue (bf9343 - 3671)。

(A) PCR确认靶基因缺失。(B)敲除株(BF9343-Δ3671)与等基因WT株生长模式相似(每组重复生长)，空载体KO株补株与BF9343-3671补株生长模式相同。(C) BF9343-Δ3671互补可使双支化C17/C17 BfaGC产量恢复到野生型水平。(D) WT和突变株(每组N=5)定植小鼠的密度相当。所有结果都代表了两个独立的实验，具有相似的趋势。凝胶源数据见补充图。1．

图7 BfaGCs的结构特定动作。

(A) NKT细胞- apc共培养实验显示鞘氨酰链的分支是IL-2诱导活性的关键，而3 ' -OH基团则不是。结果一式两份，代表三个独立的实验集，具有相似的趋势(100nM时p=0.017, 1000nM时p=0.026)。(B-C)腹腔注射时(每组N=5, C图中OCH组丢失了一个样本)，与KRN7000或OCH等Th1或th2偏斜的原型配体不同，SB2217只弱诱导IFN-γ，而不诱导IL-4在活的有机体内．(D-F) SB2217在脾树突状细胞中诱导CD86、CD40和CD80等共刺激分子的表达较弱，而SB2219则没有(每组N=5)。

图8脾NKT细胞对激动剂反应的转录组图。

(A)不同处理组之间用欧氏距离表示的热图。(B) SB2217、SB2219与OCH的转录组谱比较。(C)与载体或SB2219相比，SB2217的途径富集分析显示NKT细胞中免疫调节途径的表达增加。

图9 mCD1d-BfaGC-2C12复合物中SB2217和SB2219的比较。

(A)每个三元配合物中BfaGCs在0.8σ水平上的2Fo-Fc电子密度图(蓝色)。(B)每个三元络合物中BfaGCs和间隔脂在2.2σ水平等值线的Fo-Fc电子密度图(棕色)。SB2217为蓝色，SB2219为绿色;间隔脂显示为黑色棒。(C) BfaGCs头群与KRN7000 (PDB代码:6BNK)的叠加。(D) 2C12 TCR分子与SB2217的相互作用(蓝色)。mCD1d和CDR回路的颜色如图所示。4．氢键用红色虚线表示。(E-F) mCD1d-SB2217配合物对2C12 TCR的亲和力高于mCD1d-SB2219配合物。(E)每个SPR数据点为技术重复的平均值，KD值(平均值±SD)由两个独立结果计算，使用单位点结合模型与KD作为一个共享变量。(F)传感器图是单一实验的结果。

图10人微生物群相关小鼠的BfaGC图谱。

（一)BfaGC和b . fragilis丰度呈正相关b . fragilis -强饲法HMB老鼠。结果来自纵向收集的样本(2、3和7天后)b . fragilis口服)从5只小鼠(共15只)。(B) BfaGC (C17/ C17双支和单支)从新生儿(p14)胃肠道内容物中识别。色谱图和光谱图代表七个样品。

补充信息

补充信息

该文件包含补充表;补充图1(原始凝胶数据)和2(用于免疫细胞分析的FACS门控策略);体内实验(恶唑酮结肠炎)的原始数据(病程期间的体重监测);BfaGC类似物(SB2201‐SB2223)文库的有机合成。

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哦，S.F, Praveena, T.， Song, H。et al。由膳食氨基酸的共生体产生的宿主免疫调节脂质。自然600, 302 - 307(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-04083-0

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