BM
Bernard Mach
Author with expertise in Regulatory T Cell Development and Function
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
6
(33% Open Access)
Cited by:
4,000
h-index:
74
/
i10-index:
198
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Expression of MHC class II molecules in different cellular and functional compartments is controlled by differential usage of multiple promoters of the transactivator CIITA

Annick Mühlethaler‐Mottet et al.May 15, 1997
Article15 May 1997free access Expression of MHC class II molecules in different cellular and functional compartments is controlled by differential usage of multiple promoters of the transactivator CIITA Annick Muhlethaler-Mottet Annick Muhlethaler-Mottet L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Luc A. Otten Luc A. Otten L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Viktor Steimle Viktor Steimle Hans-Spemann-Laboratories, Max-Plank-Institut für Immunbiologie, Stübeweg 51, 79108 Freiburg, Germany Search for more papers by this author Bernard Mach Corresponding Author Bernard Mach L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Annick Muhlethaler-Mottet Annick Muhlethaler-Mottet L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Luc A. Otten Luc A. Otten L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Viktor Steimle Viktor Steimle Hans-Spemann-Laboratories, Max-Plank-Institut für Immunbiologie, Stübeweg 51, 79108 Freiburg, Germany Search for more papers by this author Bernard Mach Corresponding Author Bernard Mach L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland Search for more papers by this author Author Information Annick Muhlethaler-Mottet1, Luc A. Otten1, Viktor Steimle2 and Bernard Mach 1 1L.Jeantet Laboratory of Molecular Genetics, Department of Genetics and Microbiology, University of Geneva Medical School, 1, rue Michel-Servet, CH-1211 Geneva 4, Switzerland 2Hans-Spemann-Laboratories, Max-Plank-Institut für Immunbiologie, Stübeweg 51, 79108 Freiburg, Germany The EMBO Journal (1997)16:2851-2860https://doi.org/10.1093/emboj/16.10.2851 PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info The highly complex pattern of expression of major histocompatibility complex class II (MHC-II) molecules determines both the immune repertoire during development and subsequently the triggering and the control of immune responses. These distinct functions result from cell type-restricted expression, developmental control and either constitutive or inducible expression of MHC-II genes. Yet, in these various situations, MHC-II gene expression is always under the control of a unique transactivator, CIITA. Here we show that the CIITA gene is controlled by several distinct promoters, two of which direct specific constitutive expression in dendritic cells and B lymphocytes respectively, while another mediates γ-interferon-induced expression. Thus the cellular, temporal and functional diversity of MHC-II expression is ultimately controlled by differential activation of different promoters of a single transactivator gene. This provides novel experimental tools to dissect compartment-specific gain or loss of MHC-II function in vivo. Introduction The level of major histocompatibility class II (MHC-II) expression directly influences T-lymphocyte activation. The highly complex regulation of MHC-II expression thus controls both the generation of the immune repertoire and the triggering and maintenance of an immune response (Benacerraf, 1981; Janeway et al., 1984). It also represents an interesting example of a tight and complex control of a multi-gene family. Two main modes of MHC-II expression can be distinguished, constitutive or inducible. MHC–II genes are expressed constitutively in only a very restricted number of cell types, specialized in antigen presentation, such as dendritic cells and B lymphocytes. Within these cell lineages, MHC-II expression is also subject to strict developmental control. For example, in the murine B-lymphocyte compartment, early pro-B cells are MHC-II negative, expression in pre-B cells is inducible by interleukin-4 (IL-4), mature B-cells show constitutive MHC-II expression, while terminal differentiation into plasma cells is accompanied by the extinction of MHC-II expression (Glimcher and Kara, 1992). MHC-II expression can also be induced in a large variety of other cell types, in particular by γ-interferon (IFN-γ). In addition, modulation of MHC-II gene expression under a variety of other physiological and pathological conditions has been described (Glimcher and Kara, 1992; Mach et al., 1996). This complex cellular and temporal control of MHC-II genes has important functional consequences in terms of both normal and aberrant T lymphocyte activation. Our current understanding of the mechanisms of MHC–II gene expression results to a large extent from the study of various regulatory mutant cell lines, affected in certain essential MHC-II regulatory factors (Griscelli et al., 1989; Mach et al., 1994). In particular, analysis of cell lines from patients suffering from hereditary MHC-II deficiency (also called bare lymphocyte syndrome; BLS), a genetically heterogeneous disease of gene regulation, has led us to the discovery of three distinct, MHC-II-specific, transacting factors: RFX-5, RFX-AP and CIITA. Each of these factors is essential for the expression of all MHC–II genes and, in all three cases, mutations in the relevant regulatory genes could be identified in BLS patients. RFX–5 (Steimle et al., 1995) and RFX-AP (RFX-associated protein) (Durand et al., 1997) are components of the multi-subunit RFX complex (Reith et al., 1988) that binds specifically to the X box of all MHC-II promoters. The MHC-II transactivator CIITA (Steimle et al., 1993) has been found to act as a master-regulator of MHC-II expression (Reith et al., 1995; Mach et al., 1996). Whereas the different protein subunits of the RFX complex are expressed ubiquitously and are also present in MHC-II-negative cells, CIITA expression can only be detected in MHC-II-positive cell types and tissues (Steimle et al., 1993, 1994). CIITA and MHC-II expression are not only qualitatively but also quantitatively correlated (L.Otten, V.Steimle, S.Bontron and B.Mach, in preparation). In addition to its essential role in constitutive MHC-II expression, CIITA is also the obligatory mediator of IFN-γ-inducible MHC-II expression, since IFN-γ induces CIITA expression which in turn activates MHC-II transcription (Steimle et al., 1994). Furthermore, in plasmocytes, which are MHC-II negative, it was shown that CIITA expression is abolished and that re-expression of CIITA is sufficient to reactivate MHC-II expression in these cells (Silacci et al., 1994). In most cell types, introduction and expression of the CIITA gene is sufficient to activate expression of all MHC-II genes (Mach et al., 1996). These examples demonstrate that control of MHC-II expression is ultimately dependent on the control of expression of the CIITA gene itself. It was therefore an obvious challenge to explore the mechanisms that regulate CIITA expression in various cell types and biological situations and thus to understand how a single rate-limiting transactivator controls the highly complex pattern of regulation of MHC-II genes, including constitutive and inducible expression. We show here that expression of CIITA is controlled, in an unexpected manner, by four independent CIITA promoters leading to CIITA transcripts with four distinct first exons. The individual CIITA promoters are used in an alternative and tissue-specific manner. Distinct CIITA promoters control either MHC-II constitutive expression in dendritic cells (promoter I, PI) and in B lymphocytes (PIII), or IFN-γ-inducible expression (PIV) in a variety of MHC-II-negative cell types. We conclude that the cellular, temporal and functional diversity in MHC-II expression is not regulated at the level of the MHC-II genes themselves, but is ultimately under the control of several promoter sequences that activate differentially the same transactivator gene. Results Multiple 5′ ends of CIITA mRNA When the murine homologue of human CIITA (Steimle et al., 1993) was isolated from a mouse cDNA library by low stringency hybridization (L.Otten, V.Steimle, S.Bontron and B.Mach, in preparation), sequence comparison between human and mouse CIITA cDNAs showed excellent identity downstream of position +167 of the human CIITA cDNA, but totally divergent 5′ ends. To establish the structure of the 5′ region of CIITA mRNA, a systematic analysis of CIITA 5′ ends was performed by RACE–PCR both on murine and human RNAs isolated from different tissues, using primers from the homologous region (Figure 1). These assays led to the isolation of four different CIITA cDNA 5′ sequences in human and three in mouse. Sequence analysis revealed that all these different cDNA clones had identical 3′ ends but different 5′ ends. In each case, the boundary between the diverging 5′ ends and the common 3′ ends was located, in human and mouse, 21 nucleotides upstream of the second ATG codon of the CIITA cDNA sequence described previously (Steimle et al., 1993) (Figure 1). The different CIITA 5′ ends were numbered I–IV according to their relative position in the genomic map of the 5′-flanking region of the CIITA gene (see below). CIITA type I, III and IV 5′ sequences were identified in human and mouse genomic DNA, while the CIITA type II 5′ end was found only in human DNA. Figure 1.The four different 5′ ends of the human CIITA mRNAs. Coding regions are represented by wide boxes, 5′-untranslated regions by narrow boxes. The non-homologous regions are hatched differently. The positions of the two primers (P1, P2) used for RACE–PCR analysis are indicated by small arrows. The 3′ boundary of exon 2 has not been determined. Download figure Download PowerPoint Figure 2.Genomic organization of the 5′-flanking regions of the human and murine CIITA gene. The black boxes represent the different first exons, the small open boxes correspond to introns. The restriction sites for EcoRI (E), KpnI (K), NheI (N), SacI (S), XbaI (X) and XhoI (Xh) are indicated. The arrows represent the major initiation site of each first exon. Download figure Download PowerPoint Of the four different forms of CIITA transcripts which where thus identified, human CIITA type III corresponds to the previously described form of CIITA cDNA (Steimle et al., 1993). The four transcripts share a common open reading frame starting from the AUG which is located 21 bp downstream of the 5′ end of the common nucleotide sequence (Figure 1). For CIITA forms II and IV, this AUG, located in the context of a perfect Kozak consensus (Kozak, 1989), is the first initiation codon (Figures 1 and 3B and D). CIITA forms I and III display, in addition, upstream AUGs in favourable translation initiation contexts, which potentially lead to CIITA proteins with an additional 101 or 24 N-terminal amino acids respectively (Figures 1 and 3A and C). These features are shared between human and murine CIITA 5′ ends I, III and IV. The respective nucleotide conservation within these different CIITA 5′ ends is 75, 68 and 66%. For the sake of coherence and clarity, we propose to maintain the numbering of the amino acid sequence of the body of the CIITA sequence as published originally for CIITA type III (Steimle et al., 1993). Figure 3.Sequence comparison of the first exons of CIITA with their respective 5′-flanking regions in human and mouse. (A) CIITA type I. (B) CIITA type II. (C) CIITA type III. (D) CIITA type IV. For CIITA types I, III and IV, the upstream regions showing significant sequence homology between human and mouse are shown. Major mRNA initiation sites are indicated by horizontal arrows. The +1 positions of the murine sequences were defined as the homologous positions of the human +1 sites. For human CIITA type II, the +1 site is defined by RACE–PCR. Exonic regions are shaded. For CIITA types I and III, the predicted amino acid sequences starting from the upstream AUGs (white boxes) are shown in the one-letter code. The 3′ exon–intron boundaries of the different exons 1 are indicated by a vertical bar and the splice donor sites are shown in lower case letters. The different binding sites for known transcription factors are indicated. The white circle represents an AP1 site, the grey box a CCAAT box. Box1 is composed of either two NF-IL6 sites or two PEA3 sites in palindromic orientation. Download figure Download PowerPoint Since the nucleotide sequences of the 5′ region of all four different CIITA mRNAs differ, they could be generated either by alternative splicing of different 5′ exons in the CIITA gene or by a differential usage of four different promoters. Complete lack of sequence homology at the very 5′ ends of the divergent sequences favoured the second hypothesis. Genomic organization of the 5′-flanking region of the CIITA gene A human and a murine genomic λ phage library were screened using DNA fragments from the human type III and the murine type I and III 5′ ends of CIITA cDNAs, respectively. Three overlapping human genomic clones and five overlapping murine genomic clones covering 24 and 35 kb were obtained, and a detailed restriction map was established (Figure 2). Fragments hybridizing to the four different 5′ ends were identified, subcloned and sequenced. In all cases, the genomic sequence corresponded exactly to the sequences of the different 5′ ends of CIITA cDNA clones and thus represented distinct exons. Furthermore, the nucleotide sequences of exon–intron boundaries agreed with consensus splice donor sequences (Breathnach and Chambon, 1981). Screening of the murine genomic clones with a human CIITA type II 5′ end cDNA probe did not yield a positive signal. The four different 5′ exons (i.e. exon 1 of CIITA mRNA I, II, III and IV respectively) were mapped within the 5′-flanking region of the CIITA gene. The distance between exon 1 of CIITA type I and exon 1 of CIITA type IV is ∼13 kb in human and 10 kb in the mouse. The relative order and, in part, the genomic distances between homologous promoters are maintained between the two species, indicating a strongly conserved genomic organization (Figure 2). Multiple transcription initiation sites reveal four distinct CIITA promoters The transcription initiation sites of the different human CIITA mRNAs were mapped by RNase protection assays with fragments covering the different CIITA exons 1 and their respective 5′-flanking regions. For CIITA type I, three protected fragments were detected using mRNA from liver (data not shown). The major protected fragment corresponded to a major transcription initiation site located 380 bp upstream of the 3′ end of exon 1. It has been defined as nucleotide +1 of CIITA type I mRNA (Figure 3A). The two minor fragments indicate initiation start sites at positions −14 and +8 of CIITA type I. These transcription initiation sites fit well with those obtained by RACE–PCR in mouse. For CIITA type III, several protected fragments were obtained using mRNA from a B-lymphocyte cell line (data not shown). The major transcription initiation site located 183 bp upstream of the 3′ end of exon 1 defines position +1 of CIITA type III mRNA (Figure 3C). Two other main initiation start sites are located at positions −8 and −4, and several minor sites from positions −23 to +34. The longest CIITA type III cDNAs obtained by RACE–PCR fit with these initiation start sites. The CIITA cDNA sequence initially described (Steimle et al., 1993) begins at position +17. For CIITA type IV, multiple fragments were protected, using mRNA from an IFN-γ-induced melanoma cell line, with the major transcription initiation site located 75 bp upstream of the 3′ end of exon 1 (data not shown). This defines nucleotide +1 of CIITA type IV mRNA (Figure 3D). A second major and six minor transcription initiation sites were identified at position +17 and between positions −54 and +69 of exon 1 of CIITA type IV, respectively. The 5′ ends of many CIITA cDNAs obtained by RACE–PCR coincide with these initiation sites. No tissue or cell line could be identified so far in which the CIITA type II 5′ end is expressed at a significant level; the exact initiation site of this form of CIITA transcript was, therefore, not analysed further. Since all types of CIITA mRNAs were transcribed from multiple transcription initiation sites, we can conclude that these sites represent bona fide 5′ ends of transcription products from four distinct CIITA promoters (PI, PII, PIII and PIV) located upstream of four different CIITA exons 1 (of type I, II, III and IV respectively) (Figure 2). Analysis of promoter sequences Comparison of the sequences of the four different CIITA promoters showed no significant homology to each other, both in human and mouse. None of the regions upstream of the different CIITA first exons contains a consensus TATA box element or GC box. The absence of a TATA box is consistent with the finding that there are multiple initiation start sites (Breathnach and Chambon, 1981). In contrast, comparison of the homologous CIITA promoters between human and mouse showed significant sequence homology. For CIITA promoters I, III and IV, this homology extends over 120, 800 and 350 nucleotides respectively (Figure 3). More interestingly, within these promoter regions, small segments that are very well conserved within the two species could be identified (Figure 3). This sequence conservation suggests functional relevance and potential cis-acting elements. On the basis of this strong human–mouse conservation, as well as on the basis of sequence homology with known cis-acting elements, the following potential cis-acting elements of the different CIITA promoters can be pointed out. CIITA promoter I contains an NF-GMb site (Shannon et al., 1988), an NF-IL6 site (Akira and Kishimoto, 1992), two NF-IL6 inverted sites, a PEA3 site (Wasylyk et al., 1989), a PEA3 inverted site and an E2A site (Murre et al., 1989) in human and mouse respectively. In addition, human CIITA promoter I includes an AP1 site (Pollock and Treisman, 1990) and a CCAAT box (Dorn et al., 1987) (Figure 3A). In CIITA promoter III, one observes an E2A inverted box (Murre et al., 1989), an IRF1/2 site (Tanaka et al., 1993), an MYC inverted site (Agira et al., 1989) and an OCT inverted site (Rosales et al., 1987) in human and mouse, respectively, as well as two CCAAT boxes in mouse (Figure 3C). CIITA promoter IV, the IFN-γ-responsive promoter (see below), contains a NF-GMa site (Shannon et al., 1988), a GAS box (Pellegrini and Schindler, 1993), an adjacent E box (Blackwell et al., 1990) and an IRF1/2 site, both in human and mouse (Figure 3D). In addition, there is an NFκB site (Sen and Baltimore, 1986) in human and two AP1 sites in mouse. Although it is beyond the scope of this report, a systematic functional analysis of the role of these various potential cis-acting motifs is obviously required. Differential usage of the multiple CIITA promoters To study the pattern of expression of the different forms of CIITA mRNAs, and thus of the different CIITA promoters, RNase protection analyses using probes specific for each type of CIITA mRNA were performed (Figure 4A). A panel of different tissues and cell lines expressing the CIITA gene either constitutively or following IFN-γ induction were analysed. The results were quantified by PhosphorImager. Interestingly, there is a striking difference in the specific usage of each of the different CIITA promoters. CIITA type I mRNA, resulting from the use of promoter I, is expressed at a remarkably high level in dendritic cells (Figures 4B and 5). It is barely detectable in spleen and thymus, and no other tissue or cell line could be identified in which CIITA type I was expressed. Figure 4.Differential expression of CIITA types I, III and IV mRNAs. (A) Schematic representation of the probes used for analysis of expression pattern of the multiple CIITA mRNAs by RNase protection assays. The different specific probes are indicated with their sizes before and after RNase digestion. Each probe covers a part of exon 1 and 226 nucleotides. For example, the CIITA type I-specific probe protects a 333 nucleotide type I-specific fragment and protection of the 226 nucleotide fragment is due to hybridization with all other types of CIITA mRNAs (non-type I). The same applies to probes specific for CIITA type III and type IV. The RNAs were hybridized with the specific CIITA probe, an internal CIITA probe (‘internal’) and a probe for TBP (‘control’). (B) Analysis of CIITA type I expression. (C) Analysis of CIITA type III (upper panel) and CIITA type IV (lower panel). The positions of the protected fragments are indicated. Download figure Download PowerPoint Figure 5.Schematic representation of the differential expression of the four types of CIITA transcripts. The amount of the different types of CIITA mRNAs is given as a percentage of the total amount of CIITA mRNA expression as measured by the internal CIITA probe after quantification by PhosphorImager of the protected fragments obtained by RNase protection analysis. Download figure Download PowerPoint The presence of CIITA type III mRNA is detected at a high level in different B-lymphocyte cell lines, as well as in tissues rich in B lymphocytes such as spleen and tonsils, and also in the thymus (Figure 4C, upper panel, and Figure 5). In contrast, type III mRNA was detected only at a low level in dendritic cells and even less so in a variety of IFN-γ-induced cell lines (Figures 4C and 5). CIITA type IV mRNA is the major form expressed following induction by IFN-γ. This was observed in different IFN-γ-inducible cell lines, such as melanoma (Me67.1), monocytes (THP1), endothelial cells (HUVEC) and fibroblasts (PP2) (Figure 4C, lower panel, and Figure 5). In contrast, only a low level of type IV CIITA transcript was detectable in B lymphocytes or in dendritic cells (Figure 4C, upper panel, and Figure 5). No cell line or tissue could be identified to date in which a significant amount of CIITA type II mRNA is detectable by RNase protection assay (data not shown). The quantification of the differential expression of the different CIITA transcripts, from their respective endogenous promoters, is represented schematically in Figure 5, and the percentages of relative promoter usage are indicated in Table I. Table 1. Percentage of the different types of CIITA mRNAs observed in different tissues and cell lines (see Figures 4 and 5) Type I Type III Type IV Spleen 3.5 67 33 Tonsil 0 96 17 Thymus 6 60 33 Raji 0 86 2.5 Mann 0 72 17 Dendritic 74 39 2.7 Me67.1 + IFN-γ 0 2 88 THP1 + IFN-γ 0 14 62 HUVEC + IFN-γ ND 10 68 PP2 + IFN-γ ND 16 66 Differential CIITA expression is under transcriptional control To determine if the expression of the CIITA gene is controlled at the level of transcription, an alternative method to the classical run-on assay was carried out for the analysis of the transcription rate of CIITA RNA. Nascent RNA chains were isolated from nuclei by precipitation of a chromatin pellet containing DNA, histones and ternary transcription complexes (Wuarin and Schibler, 1994). Nascent RNA chains were then isolated from the chromatin pellet and analysed by RNase protection assays. The transcription rate of the CIITA gene was analysed in the monocyte cell line THP1 before and after induction by IFN-γ. Before induction, no CIITA nascent RNA could be detected (Figure 6, lane 3). After induction by IFN-γ, CIITA nascent RNA was detected at a high level (Figure 6, lane 5). As a control, nascent RNA from a B-lymphocyte cell line (Raji), which expresses CIITA constitutively, was analysed (Figure 6, lane 1). The level of nascent RNA was similar in the B-cell line and in IFN-γ-induced THP1 cells. These results show that the induction of the CIITA gene by IFN-γ is controlled mainly at the level of transcription. Moreover, no nascent RNA could be detected in a T-lymphoma cell line (CEM) constitutively negative for CIITA expression (data not shown). The constitutive expression of CIITA RNA is thus also controlled at the level of transcription. Comparison of lanes 5 and 6 shows that the relative amount of CIITA RNA versus TATA box-binding protein (TBP) RNA is completely different between nascent RNA and nuclear RNA. This excludes any contamination of the nascent RNA chains by nuclear RNA. Figure 6.Analysis of transcription from CIITA promoters III and IV. Nascent RNAs (lanes 1, 3 and 5) and free nuclear transcripts (lanes 2, 4 and 6) were analysed by RNase protection assays in B lymphocytes (Raji), and in monocytic cells (THP1) before (−) and after (+) induction by IFN-γ. The RNAs were hybridized with the internal CIITA probe, the TBP probe and the CIITA type III or type IV probe for Raji and THP1, respectively. Download figure Download PowerPoint The promoter-proximal regions control alternative usage of different CIITA promoters The functional activity and tissue specificity of CIITA promoters III (PIII) and IV (PIV) were analysed by transient transfection assays of promoter–reporter gene constructs. Since CIITA type III mRNA is the major form expressed in B lymphocytes and CIITA type IV mRNA is expressed preferentially in IFN-γ-induced cells, the B–lymphocyte cell line Raji and the melanoma cell line Me67.8 were chosen for these functional assays. Because of the very low level of expression of the CIITA gene (Steimle et al., 1993), it was necessary to use a highly sensitive reporter gene assay, such as quantitative RT–PCR transcription assay (Sperisen et al., 1992). For both CIITA promoters PIII and PIV, two different fragment sizes were analysed and compared with the promoterless plasmid pGβG(+) as a negative control. Transfections of pIII-974 and pIII-322 in B lymphocytes revealed a high activity of CIITA promoter PIII, whereas in Me67.8 cells, the same promoter PIII was inactive, before and after induction by IFN-γ (Figure 7A). In B lymphocytes, the activity of the short pIII-322 promoter was higher than that of the longer promoter pIII-974 (signal ratios of 8.2 and 2.6 respectively). The control pGβG(+) was negative in both cell types. Figure 7.Functional analysis of CIITA promoters III and IV. (A) Transient transfections of Raji and Me67.8 cells with the plasmids pIII-974, pIII-322 or the promoterless plasmid pGβG(+) and the reference plasmid. The input ratios between CIITA constructs and the reference plasmid were 4:1 for Raji and 9:1 for Me67.8. c, RT–PCR signals from CIITA 5′-flanking region–β-globin reporter gene construct; r, RT–PCR signals from reference plasmid. The signal ratio is determined by normalizing the mRNA signal derived from the CIITA construct to that obtained with the reference plasmid (see Materials and methods). (B) Transient transfections of Raji and Me67.8 with the plasmids pIV-950, pIV-461 or pGβG(+) and the reference plasmid, with the same ratio as in (A). Download figure Download PowerPoint In contrast, the CIITA promoter IV (pIV-950 and pIV-461) showed only a baseline activity in B lymphocytes (Raji) (signal ratios of 0.4 and 1.1 respectively), whereas the same CIITA promoter IV was highly induced by IFN–γ in Me67.8 cells (Figure 7B), as well as in other IFN–γ-inducible cell lines (HeLa, 2FTGH, data not shown). Signal ratios of promoters pIV-950 and pIV-461 rose from 0.13 and 0.18 before induction to 7.9 and 29.6, respectively, after IFN-γ induction. These results provide functional evidence for the existence of distinct CIITA promoter regions, located immediately upstream of the alternative 5′ exons type III and IV. They also showed that the use of these two distinct CIITA promoters is indeed controlled in a tissue-specific manner, either constitutively or following induction, as observed earlier for the transcription of the endogenous CIITA gene into distinct CIITA mRNA. Discussion The very complex and tight regulation of expression of the MHC-II gene family has direct implications for T–lymphocyte activation and thus for the control of the immune response. In addition, significant pathophysiological consequences such as immunodeficiency or aberrant T-cell activation may arise from the disregulation of MHC–II gene expression. The unsuspected findings reported here allow us to attribute the tissue-specific and temporal control of expression of MHC-II molecules, and hence of T-cell activation, to the selective usage of distinct alternative promoters of the regulatory gene CIITA. This indicates that the complex pattern of regulation that determines the diverse functions of MHC-II molecules, in positive and negative selection for the generation of the immune repertoire, as well as in the induction of an immune response by antigen-presenting cells (APCs), is controlled entirely by the differential activation of multiple promoters of a single transactivator gene. Expression of MHC-II molecules can be modulated by a number of different stimuli including
0
Citation504
0
Save
0

Nomenclature for factors of the HLA system, 2004

Steven Marsh et al.Mar 23, 2005
Following the decision to hold their next full meeting after the 14th International Histocompatibility Workshop in 2005, the WHO Nomenclature Committee for Factors of the HLA System has decided to publish an interim report listing updated tables of alleles including those assigned since the publication of the last full report in 2002 (1). The alleles named during the period follow the principles established in previous reports (1–17). As emphasized in previous reports, there are required conditions for acceptance of new sequences for official names. Where a sequence is obtained from cDNA, or where PCR products are subcloned prior to sequencing, several clones should have been sequenced. Sequencing should always be performed in both directions. If direct sequencing of PCR amplified material is performed, products from at least two separate PCR reactions should have been sequenced. In individuals who are heterozygous for a locus, and where one of the alleles is novel, the novel allele must be sequenced in isolation from the second allele. Thus an allele sequence which is derived using a sequence based typing (SBT) methodology, where both alleles of a heterozygous individual are sequenced together, is insufficient evidence for assignment of an official designation. Sequence derived solely from the primers used to amplify an allele should not be included in the submitted sequence. Where possible, a novel sequence should be confirmed by typing of genomic DNA using a method such as PCR-SSOP or PCR-SSP. Where a new sequence contains either a novel mutation or a previously unseen combination of nucleotides (sequence motif), this must be confirmed by a DNA typing technique. This may require the use of newly designed probes or primers to cover the new mutation; these reagents should also be described. An accession number in a databank should have been obtained. Sequences may be submitted to the databases online at the following addresses: EMBL: http://www.ebi.ac.uk/Submissions/index.html GenBank: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/index.html DDBJ: http://www.ddbj.nig.ac.jp/sube.html Full-length sequences are preferable though not essential; the minimum requirements are complete exons 2 and 3 for an HLA class I sequence and complete exon 2 for an HLA class II sequence. Where a novel sequence differs only within an intron or other non-coding part of the gene, a full length sequence must be obtained, which covers all coding and non-coding regions. In the absence of a full length genomic sequence from the most closely related allele, it may be required that this also be sequenced and submitted before a name can be assigned to the novel sequence. Where possible, a paper in which the new sequence is described should be submitted for publication. DNA or other material, preferably cell lines, should, wherever possible, be made available in a publicly accessible repository or alternatively, at least in the originating laboratory. Documentation on this will be maintained by the WHO Nomenclature Committee. Submission of a sequence to the WHO Nomenclature Committee should be performed using the online submission tool available at http://www.ebi.ac.uk/imgt/hla/subs/submit.html. Researchers are expected to complete a questionnaire relating to the sequence and provide a comparison of their new sequence with known related alleles. If the sequence cannot be submitted using the online web tools, researchers should contact [email protected] directly for details of alternative submission methods. Although at present it is only a recommendation that full-length sequences of the coding region of novel alleles be submitted it was widely felt that in the future this should become a requirement for submission. Such requirement would remove many of the currently encountered ambiguities in the assignment of names to alleles for which partial sequences have been submitted and should not be burdensome as sequencing techniques have improved substantially since the submission conditions were first devised. In cases where novel mutations or polymorphisms are detected in non-coding regions of the gene, it will be a requirement that full-length sequences be submitted of both the novel allele and its most closely related allele. It should be noted with some caution that cells from which only partial sequences have been obtained may later be shown to have different or novel alleles when further sequencing is performed. This is of particular importance in cases where partial sequences of what appears to be the same allele have been obtained from several different cells. In such cases, all cells studied have been listed in this report. Current practice is that official designations will be promptly assigned to newly described alleles in periods between Nomenclature Committee meetings, provided that the submitted data and its accompanying description meet the criteria outlined above. A list of the newly reported alleles is published each month in nomenclature updates in the journals Tissue Antigens, Human Immunology and the International Journal of Immunogenetics. The listing of references to new sequences does not imply priority of publication. The use of numbers or names for alleles, genes or specificities which pre-empt assignment of official designations by the Nomenclature Committee is strongly discouraged. The list of those genes in the HLA region considered by the WHO Nomenclature Committee is given in Table 1. A total of 422 HLA alleles has been named since the last report (1). The newly named alleles are shown in bold typeface in Tables 2–10. For HLA class I, 99 HLA-A, 137 HLA-B, 63 HLA-C, one HLA-E and one HLA-F alleles were named, making a total of 1180 class I alleles with official names. For HLA class II, 79 HLA-DRB1, three DRB3, one DRB4, three DRB5, six DQA1, eight DQB1, two DPA1, 17 DPB1, one DMB and one DOB alleles were named, making a total of 732 class II alleles with official names. Three MICA alleles were named bringing their total to 57. MICB alleles were named for the first time, with 18 alleles being assigned official names (Table 11). One TAP1 allele was named. The total number of alleles at each locus assigned with official names as of 31st December 2004 is given in Table 12. Errors had previously been detected within the HLA-E*0101 and E*0102 allele sequences; resequencing of the original material revealed that the corrected E*0102 allele was identical to the corrected E*0101 sequence. Consequently the E*0102 allele designation was deleted. A full list of all allele names which have been deleted is given in Table 13. As the database of HLA allele sequences has expanded, it has become increasingly difficult to maintain consistent linkage between allele names assigned on the basis of nucleotide sequences and the serological profiles of the encoded proteins. These difficulties are in part technological and in part due to the inherent biological properties of the HLA system. In the first category there is the increasing emphasis on DNA technology and consequent lack of a serological description for many newly discovered HLA alleles. In the second category it is the finding that a newly defined antigen does not comfortably fit within any known serological grouping. This is especially true of the DRB1*03, *11, *13, *14 and *08 family of alleles, for which the description of new alleles has revealed a continuum of allelic diversity rather than five discrete subfamilies. It should be stressed that, although a goal is to indicate the serological grouping into which an allele will fall, this is not always possible. Most importantly the allele name should be seen as no more than a unique designation. Column 2 of Tables 2–6 lists the serological specificities or antigens associated with the alleles, where this information is known. In most cases these data are based on the serological typing obtained for the cells which were sequenced for the individual alleles and from information submitted to the Committee. In many cases no serological information is available and the entry in the table has been left blank. This is also true for cases when the serological pattern associated with an expressed allele does not correspond to a single defined specificity. A comprehensive dictionary of antigen and allele equivalents is published periodically by the World Marrow Donor Association (WMDA) Quality Assurance Working Group on HLA Serology to DNA Equivalents (18–21). Where additional or superior serological data are available from the dictionary this has been included in column 2 of Tables 2–6 and the source of this information indicated. In the previous report, the extension of allele names to tackle three main problem areas with the HLA nomenclature was discussed. The first of these, expansion of the allele name from seven to eight digits to allow for up to 99 synonymous variants of each allele, was implemented immediately. As anticipated this has proved to have been a necessary change to the nomenclature and we already have 11 variants of the A*0201 allele named: A*020101 to A*020111, see Table 2. For HLA-DPB1 alleles, it was decided that once the DPB1*9901 allele had been named, any further alleles should be named within the existing system. The allele DPB1*9901 was named in October 2003 and following this alleles have been named sequentially within the existing system: DPB1*0102, DPB1*0203, DPB1*0302, DPB1*0403, DPB1*0502, DPB1*0602, DPB1*0802, DPB1*0902, see Table 7. In cases where the total number of coding variants exceeds 99, it was decided, that a second number series will be used to extend the first one. For example for the B*15 family of alleles, the B*95 series will be reserved and used to code for additional B*15 alleles. Consequently the next B*15 allele to be named following B*1599 will be B*9501. Likewise the A*92 series will be reserved as a second series for the A*02 allele family. While we have not yet had to implement this system, as the most recently assigned B*15 allele was B*1596, it is likely that it will be introduced shortly. The IMGT/HLA Sequence Database continues to act as the official repository for HLA sequences named by the WHO Nomenclature Committee for Factors of the HLA System (22, 23). The database contains sequences for all HLA alleles officially recognized by the WHO Nomenclature Committee for Factors of the HLA System and provides users with online tools and facilities for their retrieval and analysis. These include allele reports, alignment tools, and detailed descriptions of the source cells. The online IMGT/HLA submission tool allows both new and confirmatory sequences to be submitted directly to the WHO Nomenclature Committee. New releases of the database are made every three months, in January, April, July and October, with the latest version (release 2.8.0 January 2004) containing 1912 HLA alleles. The database may be accessed via the world wide web at http://www.ebi.ac.uk/imgt/hla. The IMGT/HLA Database is currently supported by the following organizations: Abbot Laboratories, the American Society for Histocompatibility and Immunogenetics (ASHI), the Anthony Nolan Trust (ANT), Biotest, Dynal Biotech, the European Federation for Immunogenetics (EFI), Genovision, Histogenetics, Innogenetics, LabCorp, the Marrow Foundation, the National Marrow Donor Program (NMDP), One Lambda and Tepnel Lifecodes. List of committee members involved in preparing this report: E D. Albert, Policlinic for Children, University of Munich, Germany (Chairman) S G. E. Marsh, Anthony Nolan Research Institute, London, UK (Rapporteur and Data Coordinator) W F. Bodmer, Cancer Research UK, Oxford, UK B Dupont, Sloan-Kettering Institute for Cancer Research, New York, USA H A. Erlich, Roche Molecular Systems, Alameda, USA D E. Geraghty, Fred Hutchinson Cancer Center, Seattle, USA C K. Hurley, Georgetown University, Washington, USA J A. Hansen, Fred Hutchinson Cancer Center, Seattle, USA B Mach, University of Geneva, Geneva, Switzerland W R. Mayr, University of Vienna, Vienna, Austria P Parham, Stanford University School of Medicine, Stanford, USA E Petersdorf, Fred Hutchinson Cancer Center, Seattle, USA T. Sasazuki, International Medical Center of Japan, Tokyo, Japan G M. Th. Schreuder, Leiden University Medical Center, Leiden, the Netherlands J L. Strominger, Harvard University, Cambridge, USA A Svejgaard, State University Hospital, Copenhagen, Denmark P I. Terasaki, Los Angeles, USA J Trowsdale, Cambridge University, Cambridge, UK R. E. Bontrop, Biomedical Primate Research Center, Rijswijk, the Netherlands New sequences should be communicated to Dr Steven Marsh via the sequence submission tool of the IMGT/HLA Database to receive official names, http://www.ebi.ac.uk/imgt/hla. The Committee would like to thank James Robinson, Matthew Waller and Sylvie Fail for their work with the IMGT/HLA Sequence database and their help in the preparation of tables for this report. Also thanked are Dr Peter Stoehr and the staff at the European Bioinformatics Institute for their continued support of the IMGT/HLA Database. We would also like to thank the many organizations who provide financial support for the IMGT/HLA database
0
Citation490
0
Save