两栖动物中CXCL17同源物的鉴定及其功能特征分析

《Archives of Biochemistry and Biophysics》:Identification and functional characterization of CXCL17 orthologs in amphibians

【字体: 时间:2026年03月24日 来源:Archives of Biochemistry and Biophysics 3

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  两栖动物CXCL17异构体系统鉴定及功能验证,通过基因同源性和结构保守性策略发现18个新型CXCL17,其代表株Xt-CXCL17通过重组表达证实可直接激活同源受体Xt-GPR25并诱导HEK293T细胞趋化迁移,C末端四半胱氨酸和Xaa-Pro-Yaa延伸序列对功能至关重要。

  
Jie Yu|Hao-Zheng Li|Juan-Juan Wang|Jun-Jie Yao|Wen-Feng Hu|Ya-Li Liu|Zhan-Yun Guo
中国上海同济大学生命科学与技术学院东医院转化医学研究中心

摘要

C-X-C基序趋化因子配体17(CXCL17)最近被确定为一种作用机制尚不完全清楚的G蛋白偶联受体25(GPR25)的激动剂。尽管GPR25的同类受体在脊椎动物中广泛存在,但在我们的最新研究中,非哺乳动物的CXCL17同类受体仅在某些鱼类中被发现。在这项研究中,我们基于保守的C末端基序、基因共线性及基因组结构,在公共数据库中系统地搜索了两栖动物的CXCL17同类受体。通过这种方法,我们从多种两栖动物中鉴定出了多达18种可能的CXCL17同类受体。这些两栖动物中的CXCL17与已知的哺乳动物或鱼类CXCL17在整体序列上没有显著相似性,其中大多数具有独特特征,包括其成熟肽段中的四个半胱氨酸残基以及保守的C末端Xaa-Pro-Yaa基序之后的一个额外残基。我们从热带爪蟾(Xenopus tropicalis)中选取了一个代表性同类受体,并通过细胞实验对其功能进行了研究,结果表明该受体能够诱导配体-受体结合、β-阻遏蛋白的募集以及细胞的趋化迁移。重组表达的这种两栖动物CXCL17能够直接与其相应的GPR25受体结合并有效激活它,进而促使转染的人类胚胎肾(HEK)293T细胞发生趋化迁移;然而,删除四个C末端残基后其活性几乎完全丧失,这表明所有CXCL17同类受体都采用了一种保守的受体结合和激活机制。这些发现为CXCL17同类受体在脊椎动物谱系中的系统发育分布和序列多样性提供了新的见解。未来需要进一步的研究来阐明CXCL17-GPR25系统在两栖动物体内的功能。

引言

黏膜C-X-C基序趋化因子配体17(CXCL17)大约在二十年前被发现[1,2]。它参与多种免疫细胞的招募,包括T细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞[[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]],并且还与肿瘤发展有关,可能通过调节肿瘤相关的免疫反应发挥作用[[17], [18], [19], [20], [21], [22]]。尽管这些功能已有充分记录,但CXCL17受体的身份仍存在争议。早期有研究提出孤儿G蛋白偶联受体35(GPR35)可能是其受体,但这一结论未能得到独立验证[[23], [24], [25], [26]]。最近的研究认为CXCL17可能作为趋化因子受体CXCR4的调节剂[26]或MAS相关受体MRGPRX2的激动剂[27]。然而,我们的研究表明,尽管人类CXCL17在微摩尔浓度下可以激活MRGPRX2、MRGPRX1和MAS1,但这种活性并不依赖于其保守的C末端片段[28],这表明这些MAS相关受体不太可能是CXCL17的进化保守受体。
最近,Ocón的研究团队和我们的团队分别独立证明了CXCL17通过其保守的C末端片段激活作用机制尚不完全清楚的G蛋白偶联受体25(GPR25)[29,30],这表明CXCL17和GPR25构成了一对进化保守的配体-受体对。然而,它们的系统发育分布存在差异:GPR25的同类受体在从鱼类到哺乳动物的各种脊椎动物中广泛存在,而CXCL17的同类受体最初被认为仅限于哺乳动物。在最新的研究中,我们根据哺乳动物CXCL17的关键结构和基因组特征,在公共数据库中搜索了两栖动物的CXCL17同类受体,并在腔棘鱼(Latimeria chalumnae)和几种辐鳍鱼类(包括斑马鱼Danio rerio)中成功鉴定出了CXCL17的同类受体[31–33]。这些鱼类中的CXCL17与哺乳动物CXCL17在整体氨基酸序列上没有显著相似性,因此使用传统的同源性分析方法无法检测到它们,导致它们在公共数据库中被标记为功能未知的未鉴定蛋白质。
两栖动物是一类重要的脊椎动物,包含约8000种现存物种。尽管两栖动物中也存在GPR25的同类受体,但此前尚未在该类动物中鉴定出CXCL17的同类受体。在这项研究中,我们基于哺乳动物CXCL17的C末端Xaa-Pro-Yaa基序以及基因组结构,在公共数据库中搜索了两栖动物的CXCL17同类受体。通过这种方法,我们从青蛙、蟾蜍、蝾螈和蚓螈中鉴定出了多达18种两栖动物CXCL17的同类受体。其中四种已在国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中得到注释,但仍被归类为功能未知的未鉴定蛋白质;另外十四种尚未被注释,尽管NCBI参考基因组中的RNA测序数据支持它们的存在。这些两栖动物中的CXCL17与已知的哺乳动物或鱼类CXCL17在整体氨基酸序列上没有显著相似性,并具有几个独特特征,包括其成熟肽段中的四个半胱氨酸残基以及保守的C末端Xaa-Pro-Yaa基序之后的一个额外残基。我们从热带爪蟾(Xenopus tropicalis)中选取的一个代表性同类受体(命名为Xt-CXCL17),在大肠杆菌中进行了重组表达,并在多种基于细胞的实验中展示了其活性,包括NanoLuc二元技术(NanoBiT)检测的β-阻遏蛋白募集、NanoBiT检测的均匀配体-受体结合以及转染的人类胚胎肾(HEK)293T细胞中的趋化实验。相反,删除四个C末端残基后其活性几乎完全丧失,这表明Xt-CXCL17通过与所有CXCL17-GPR25对共有的机制与Xt-GPR25结合。这些结果为CXCL17同类受体在脊椎动物谱系中的系统发育分布和序列多样性提供了新的见解,并暗示了两栖动物中存在功能性的CXCL17同类受体。未来需要进一步的研究来阐明CXCL17-GPR25对在两栖动物及其他脊椎动物体内的功能。

部分内容摘要

Xt-CXCL17的重组表达

使用偏向大肠杆菌的密码子,化学合成了一段编码Xt-CXCL17 N端带有6个His标签的成熟肽段的DNA片段,并通过Gibson组装技术将其连接到pET载体上,得到了表达载体pET/6×His-Xt-CXCL17(图S1)。用于NanoBiT(SmBiT)融合的Xt-CXCL17的小NanoLuc片段的编码区通过聚合酶链反应(PCR)扩增,然后使用pET/6×His-Xt-CXCL17作为模板,通过Gibson组装技术连接到pET载体上,

两栖动物中可能的CXCL17同类受体的鉴定

在哺乳动物中,CXCL17基因通常位于CNFNLIPECEACAM1CEACAM8基因附近,并具有由四个外显子和三个内含子组成的保守基因组结构。因此,我们假设两栖动物的cxcl17基因可能具有类似的基因共线性和外显子-内含子结构。基于这一假设,我们使用保守的C末端Xaa-Pro-Yaa基序(其中Xaa和Yaa通常较长)在NCBI基因数据库中搜索了两栖动物的CXCL17同类受体

讨论

在这项研究中,我们首次鉴定出了一组两栖动物中的CXCL17同类受体。这些两栖动物中的CXCL17要么是之前未被鉴定且功能未知的蛋白质,要么是在公共数据库中完全未注释的基因位点。功能分析表明,代表性的同类受体Xt-CXCL17能够与其相应的受体Xt-GPR25结合并激活它,同时诱导转染的HEK293T细胞发生趋化迁移。未来需要进一步的研究来深入探讨

CRediT作者贡献声明

Jie Yu:研究、方法学、数据可视化。Hao-Zheng Li:研究、方法学。Juan-Juan Wang:研究、方法学。Jun-Jie Yao:研究。Wen-Feng Hu:研究。Ya-Li Liu:数据分析、项目管理。Zhan-Yun Guo:概念构思、资金获取、监督、初稿撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益:Zhan-Yun Guo表示获得了中国国家自然科学基金(项目编号31971193)的资助。如果还有其他作者,他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金(项目编号31971193)的资助。
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