遺伝学的解析から明らかになった海産無脊椎動物における血球の機能分化の分子基盤,

Transcriptomic Evidence Reveals the Molecular Basis for Functional Differentiation of Hemocytes in a Marine Invertebrate, .

• Fan Mao
• Nai-Kei Wong
• Yue Lin
• Xiangyu Zhang
• Kunna Liu
• Minwei Huang
• Duo Xu
• Zhiming Xiang
• Jun Li
• Yang Zhang
• Ziniu Yu

抄録

血球は二枚貝の宿主免疫防御において中心的な役割を果たしているが、その機能分化の正確なメカニズムは部分的にしか解明されていない。本研究では、カキの血球から顆粒球とヒアリン細胞をフローサイトメトリーで選別し、定量的トランスクリプトーム解析を行った結果、顆粒球では全世界的に発現量が増加しており、カキの血球の機能分化に寄与していることが明らかになった。我々のDEGのネットワークは、シグナル伝達経路が活発に関与していることを示しており、Cdc42/Cdc42lは経路ネットワークの中核的な調節因子であり、Cdc42阻害剤の存在下では、血球の貪食能力が劇的に低下することによって検証された。さらに、DEGの中には、ELK、HELTおよびFosを含む多くの転写因子が同定され、これらは顆粒球で優勢に発現していた。AP-1転写因子Fosは、AP-1結合部位による標的遺伝子への結合に関するアッセイにおいて、下流の貪食およびROS産生と一致して、血球の機能的分化を促進することが確認された。また、Cdc42/Cdc42lもまた、Fosの発現によって制御されており、血球の機能分化を誘導する制御機構を提供している可能性が示唆された。本研究で得られた知見は、海産無脊椎動物における血球の機能分化のメカニズムに関する知見のギャップを埋めるものであり、高次・近縁種における免疫防御の進化や食細胞の機能分化に関する研究を促進することが期待される。

Hemocytes play unequivocally central roles in host immune defense of bivalve mollusks, though the exact mechanisms underlying their functional differentiation are only partially understood. To this end, granulocytes and hyalinocytes were sorted via flow cytometry from hemocytes of the Pacific oyster , and consequently quantitative transcriptomic analysis revealed a striking array of differentially expressed genes (DEGs), which were globally upregulated in granulocytes, dedicating to functional differentiation among oyster hemocytes. Our network of DEGs illustrated actively engaged signaling pathways, with Cdc42/Cdc42l being a core regulator of pathway network, which was validated by a dramatically reduced capacity for hemocyte phagocytosis in the presence of Cdc42 inhibitors. Additionally, a number of transcription factors were identified among DEGs, including ELK, HELT, and Fos, which were predominantly expressed in granulocytes. The AP-1 transcription factor Fos was confirmed to facilitate functional differentiation of hemocytes in an assay on binding to target genes by the AP-1 binding site, consistent with downstream phagocytosis and ROS production. Importantly, Cdc42/Cdc42l were also regulated by the expression of Fos, providing a possible regulatory mechanism-guided hemocyte functional differentiation. Findings in this study have bridged a knowledge gap on the mechanistic underpinnings of functional differentiation of hemocytes in a marine invertebrate , which promise to facilitate research on the evolution of immune defense and functional differentiation of phagocyte in higher-order and more recent phyla.

Copyright © 2020 Mao, Wong, Lin, Zhang, Liu, Huang, Xu, Xiang, Li, Zhang and Yu.