撰文 | 風
調(diào)節(jié)性T細胞(Regulatory T cell,Treg)是機體主要的負調(diào)節(jié)免疫細胞,在維持自身耐受和組織穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用。自身免疫性疾病是自身耐受打破引起免疫系統(tǒng)攻擊正常組織或器官而引發(fā)的常見疾病,在臨床上表現(xiàn)為頑固性、難治性和復(fù)發(fā)性。因此,增強Treg功能或者穩(wěn)定性是治療自身免疫性或炎癥性疾病的有效策略(詳見BioArt報道:;;)。然而,這一方法仍存在不少技術(shù)瓶頸和障礙,如Treg的制備、功能性和穩(wěn)定性以及靶向遞送等(詳見BioArt報道:)。大規(guī)模CRISPR篩選技術(shù)的出現(xiàn)促進細胞功能和命運相關(guān)重要調(diào)節(jié)因子的鑒定。然而,目前CRISPR在Treg領(lǐng)域的研究多集中天然Treg(nTreg)(詳見BioArt報道:)【1,2】,而在誘導(dǎo)Treg(iTreg)中較少。
近日,日本大阪大學(xué)免疫學(xué)前沿研究中心Shimon Sakaguchi研究團隊在Nature上發(fā)表了文章題為Genome-wide CRISPR screen in human T cells reveals regulators of FOXP3的文章。該文章通過全基因組CRISPR篩選技術(shù)鑒定RBPJ是Treg重要的負調(diào)節(jié)因子,RBPJ缺失維持Treg的功能和穩(wěn)定性,為Treg分化的分子機制和開發(fā)靶向Treg的治療方法提供新的理解和靶點。

為揭示影響FOXP3表達的可能調(diào)節(jié)因子,作者在人原代CD4 T細胞開發(fā)CRISPR篩選平臺,即將全基因組sgRNA文庫腺病毒轉(zhuǎn)染CD4 T細胞配合Cas9蛋白電轉(zhuǎn)后經(jīng)Treg分化培養(yǎng)后行流式檢測和RNA測序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)已知的調(diào)控因子如TGFBR1、SMAD3/4、UHRF1和FOXP3,以及新的調(diào)控因子如SMARCB1、MIDN 和SIK3。對于負調(diào)控因子的GO注釋發(fā)現(xiàn)NOTCH調(diào)節(jié)通路基因顯著富集,如RBPJ、HDAC3、GPS2、TBL1XR1和NCOR1/2。同時,作者使用單個基因敲除驗證部分正性和負性調(diào)控因子作用效果??傊?,作者使用全基因組篩選強調(diào)了FOXP3分子調(diào)節(jié)的多樣性。隨后,為了非偏倚評估可能的FOXP3調(diào)節(jié)因子引起的整體轉(zhuǎn)錄組和選擇性蛋白改變,作者結(jié)合細胞內(nèi)CITE-seq在單細胞層面通過胞內(nèi)FOXP3定量驗證上述挑選的可能調(diào)節(jié)因子。令人振奮的是,作者發(fā)現(xiàn)靶向RBPJ、SIK3和ZBTB7B確實增加FOXP3蛋白的表達。接著,作者應(yīng)用MIMOSCA框架模擬單個基因的遺傳擾動對轉(zhuǎn)錄組的影響,由此建立的調(diào)控模型將227個靶向敲除基因與2192個顯著改變的基因關(guān)聯(lián)起來,這些基因可以進一步聚類為11個協(xié)同功能靶基因模塊(模塊A-K)和10個基因共調(diào)控程序(GP1-10)。其中,GP3和10與T細胞反應(yīng)有關(guān);GP1與染色質(zhì)調(diào)節(jié)有關(guān);GP5與IL-2信號有關(guān);GP6-8與細胞代謝有關(guān)。模塊K的擾動導(dǎo)致細胞代謝轉(zhuǎn)換為無氧糖酵解;模塊G引起效應(yīng)T反應(yīng)、細胞骨架重塑和IL-2信號。值得注意的是,作者發(fā)現(xiàn)針對RBPJ的擾動靶基因之間存在大量調(diào)控互作,表明其可能是iTreg的中心樞紐并受到多種信號的調(diào)節(jié)??傊?,這些數(shù)據(jù)分析強調(diào)RBPJ作為一種新型FOXP3表達的負調(diào)節(jié)因子。
RBPJ是Notch信號通路的核心轉(zhuǎn)錄因子,通過與Notch受體胞內(nèi)段(NICD)結(jié)合并招募輔激活因子(如MAML1)啟動靶基因轉(zhuǎn)錄【3】。另外,在缺少Notch信號時,RBPJ可與表觀修飾因子(如HDAC3)或轉(zhuǎn)錄抑制因子(如NCOR1/2)結(jié)合直接抑制基因表達【4】。然而,作者發(fā)現(xiàn)Notch信號改變不能引起FOXP3表達改變,排除了RBPJ參與經(jīng)典Notch信號通路調(diào)節(jié)FOXP3表達。同時,nTreg細胞RBPJ敲除卻并不影響FOXP3表達,表明RBPJ的作用具有環(huán)境依賴性。為了排除分化效率引起的混雜因素,作者分選Treg后行RNA-seq直接比較RBPJ敲除引起的轉(zhuǎn)錄組變化,發(fā)現(xiàn)RBPJ敲除上調(diào)FOXP3、IL2RA、ENTPD1、ICOS、TIGIT、HAVCR2 和LRRC32,表明Treg核心特征增強。此外,體外實驗證實RBPJ敲除增強Treg的抑制功能和在炎癥環(huán)境中的穩(wěn)定性。FOXP3的保守非編碼區(qū)(Conserved Non-coding Sequences,CNS)甲基化狀態(tài)影響其轉(zhuǎn)錄表達,在維持Treg功能和穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用【5】。作者發(fā)現(xiàn)RBPJ敲除明顯降低FOXP3的CNS2區(qū)域DNA甲基化??傊?strong>RBPJ敲除促進了iTreg的分化、穩(wěn)定性和功能。
RBPJ如何抑制FOXP3表達?作者使用151個針對RBPJ外顯子的sgRNA篩選對于FOXP3表達抑制的RBPJ蛋白關(guān)鍵功能位點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)RBPJ的C末端和DNA結(jié)合功能域(都介導(dǎo)RBPJ與SMRT-NCOR抑制復(fù)合體的結(jié)合)的突變模擬其敲除效應(yīng)可以促進FOXP3的表達。同時,EMSA和熒光報告實驗證實RBPJ直接與FOXP3的promoter區(qū)結(jié)合并調(diào)控轉(zhuǎn)錄。這些數(shù)據(jù)表明RBPJ參與構(gòu)建的NCOR轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體直接調(diào)節(jié)FOXP3的轉(zhuǎn)錄表達。前已述及,HDAC3是NCOR轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體的重要部分,作者進一步證實HDAC3敲除可以抑制RBPJ過表達引起的iTreg分化缺陷。CHIP-seq證實RBPJ敲除增加FOXP3基因座H3ac和H3K9ac水平??傊?,這些結(jié)果表明RBPJ-HDAC轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體介導(dǎo)的組蛋白去乙?;{(diào)節(jié)FOXP3表達。最后,作者使用異種GvHD模型證實RBPJ敲除iTreg過繼具有和nTreg一致的存活率,同時RBPJ敲除iTreg可以在體內(nèi)長時間維持Treg譜系穩(wěn)定行和免疫抑制功能。
綜上所述,這項研究通過全基因組CRISPR篩選結(jié)合體內(nèi)外實驗鑒定RBPJ是人iTreg的重要負調(diào)控因子。RBPJ通過和HDAC3與NCOR1/2等構(gòu)成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體抑制FOXP3的表達進而抑制iTreg的分化、功能和穩(wěn)定性??傊隧椦芯繛閕Treg分化和功能維持的分子機制以及開發(fā)靶向Treg的炎癥疾病治療提供新的理解和靶點。
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08795-5
制版人: 十一
參考文獻
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