Relb组建的Il9超增强子在Th9分化和哮喘中的作用及应用研究

T helper 9 (Th9), a newly identified Th subset, plays critical roles in host-protective responses to parasitic worms and allergic airway diseases. However, the differentiation process and transcriptional regulation of its signature cytokine Il9 are still poorly understood. Here, we found that Th9 differentiation needs a super-enhancer at Il9 locus (we called Il9 super-enhancer, IL9SE). IL9SE is required for Th9 differentiation and its core element (IL9SEa) interacts with Il9 promoter to induce Th9 differentiation. Moreover, Relb acts as a pioneer factor to establish IL9SE and is required for Th9 differentiation. Most importantly, inhibition of IL9SE formation in vivo prohibits Th9 differentiation and asthma development. Thus, we hypothesize that Th9 differentiation is cooperatively regulated by IL9SE and Il9 promoter. Herein, my specific aims are: (1) To further determine the function of IL9SE in Th9 differentiation; (2) To study how IL9SEa functionally interacts with Il9 promoter to drive Il9 expression; (3) To further determine the role of Relb in the establishment of IL9SE; (4) To investigate how Relb establishes IL9SE; (5) To further study the role of IL9SE in Th9 differentiation and asthma development in vivo. This proposed study will not only establish a new model for the differentiation of Th9 but also provide a proof-of-principle new target for asthma treatment.

Th9细胞在寄生虫免疫、自身免疫性疾病及抗肿瘤中都发挥重要作用。但是，其分化机制目前还了解甚少。以往的研究主要集中在Il9基因的启动子区，虽然报道了多个相关转录因子，但都不能很好解释Th9的分化机制。超增强子是2013年新提出的概念，我们这里首次将超增强子引入到Th9分化机制中，并用实验证实了Th9的成功大量分化需要在Il9基因区形成一个超增强子（Il9 super-enhancer，IL9SE）。超增强子的核心功能区IL9SEa在诱导Th9分化中发挥关键作用。Relb是Il9超增强子形成的关键分子。超增强子抑制剂能抑制体内哮喘的发生。因此，我们提出Th9分化的新模型即超增强子/启动子双调控模型，并将进一步深入研究IL9SE的功能、形成机制及在动物模型中评价Il9超增强子在哮喘中的治疗价值。本课题的成功开展，不仅能从本质上阐明Th9的分化机制，而且能为哮喘的临床治疗提供全新的靶点。

超增强子是一类大片段DNA调控元件，能强烈诱导靶基因的高表达，在细胞身份决定中发挥关键作用。发现疾病相关超增强子并揭示这些超增强子的调控机制，对于理解超增强子的作用机制及提供新的治疗靶点具有重要意义。但疾病相关超增强子的发现及后续的机制研究难度较大，大量的超增强子依然有待发现和深入研究。本项目发现Th9细胞分化时，其特征基因IL-9的高表达依赖超增强子。IL-9超增强子(IL9-SE)位于IL-9基因的3’端，范围近40kb。OX40信号诱导Th9细胞大量分化时，该超增强子区域存在大量的H3K27Ac修饰和BRD4结合。敲除IL-9超增强子的不同区域后，发现超增强子的核心区位于IL9-SEa处。OX40信号激活后，RelB识别IL9-SEa区域，并招募P300对该区域进行H3K27Ac修饰，从而激活IL-9超增强子。IL-9超增强子的激活诱导大量IL-9的表达并促进Th9细胞的大量分化。在小鼠哮喘模型中，超增强子抑制剂JQ-1抑制体内Th9细胞的分化及哮喘的发生和发展。除此之外，我们还发现介导PD-L1和PD-L2高表达的超增强子PD-L1L2-SE。PD-L1L2-SE超增强子位于PD-L1和PD-L2的编码基因间，敲除超增强子后，肿瘤细胞无法表达PD-L1和PD-L2，肿瘤细胞因此失去抵抗T细胞杀伤的能力。肿瘤细胞从改变染色质结构到外泌体分泌等多个层面来诱导PD-L1的高表达。为了高效发现肿瘤细胞内的DNA调控元件，通过整合404名肿瘤病人的ATAC测序数据，表达数据和临床预后数据，我们开发了SPACE平台。SPACE平台可以高效确定与肿瘤预后密切相关的DNA调控元件。以上关于超增强子的系统研究，发现了多个新的重要超增强子，并为理解超增强子如何发挥作用诱导T细胞分化和肿瘤免疫逃逸提高了新认识。为哮喘和肿瘤的免疫治疗提高了新的切入点。