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Cell | 迟洪波团队揭示营养信号是影响CD8+ T细胞命运决定的关键因素

2021年2月25日,St. Jude儿童医院迟洪波团队在Cell杂志上在线发表了题为“In vivo CRISPR screening reveals nutrient signaling processes underpinning CD8+ T cell fate decisions”的研究论文,利用体内CRISPR筛选研究LCMV感染模型中TE和MP命运决定的代谢因素,发现了几种负调控TMEM反应的营养信号通路,为提高对病原体和肿瘤保护性免疫的TMEM反应提供了潜在的靶点和策略。


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研究人员首先利用CRISPR系统在体内LCMV模型的CD8+ T细胞中筛选了3017个代谢相关基因,发现在MP细胞相对于TE细胞中分别有284和6个基因上调和下调,包括Pten和Foxo1等正调控TMEM的基因,以及Tet2、Acaca和PI3K家族成员等负调控基因,并用co-transfer实验确认了该系统的可行性。接着研究人员把目光放在了TMEM的负调控因子上,通过富集筛选出的7个新的调控因子中,包含两个氨基酸转运体Slc7a1和Slc38a2,功能实验双基因删除再次在体内验证了可以正调控MP的形成,Slc7a1敲除的细胞还显著降低了caspase-3+ 细胞的比例以及增加了抗凋亡蛋白Bcl2的表达,体外刺激也减少了细胞死亡。


同时,研究人员也分别在不同时间点、不同组织中确认了Slc7a1和Slc38a2对TMEM分化和功能的影响,进一步探索机制,研究人员发现在Slc7a1或Slc38a2敲除后,mTORC1活性显著降低,将Slc7a1和抑制营养介导的mTORC1通路的GATOR1复合物组分Nprl3同时敲除,则部分抑制了MP/TE的比例增加以及Slc7a1敲除引起的TMEM形成和细胞增加。以上所有结果共同表明TMEM的形成质量和持久性可以通过靶向氨基酸转运体进行重编程,部分机制是通过调控mTORC1活性实现。


免疫治疗依赖于有效的TEFF反应和T细胞的持久性,因此找到同时影响T细胞的效应器功能和寿命的分子至关重要。研究者发现糖基转移酶Pofut1敲除的细胞能够显著增加的MP/TE比值,并且能够增强TEFF细胞形成和器官中GzmB的表达水平,除此之外,IFN-γ+ TNF-α+ 细胞也显著增加;进一步研究人员检测Pofut1对TMEM细胞形成的具体影响,在35到50天,与对照组相比,Pofut1敲除的细胞在多个器官中更丰富,体外刺激后存活的能力也更强,在记忆阶段对再感染的召回反应也更强。此外,在Lm-OVA感染后1个月用OVA-B16黑色素瘤进行挑战,与对照组相比,含有Pofut1敲除的OT-I细胞的小鼠的抗肿瘤能力更好,生存率也更高。因此,以上结果表明Pofut1缺失能够同时增强TEFF细胞反应和TMEM细胞的形成和功能,在T细胞敲除的小鼠中也得到了相似的结论。进一步转录组分析,发现 Pofut1缺失促进TEFF细胞早起重编程,使之表现出时间和背景依赖性的细胞增殖和代谢激活,该结果表明终末分化TEFF细胞依赖于Pofut1,且与代谢静止的建立以及退出细胞周期相关。


研究人员随后通过分析数据库中单细胞RNA测序结果,阐述了TEFF细胞之间的细胞和代谢异质性,发现了一个终末分化的TEFF亚群TE’(KLRG1hi CXCR3lo CD127lo),以及处于中间态、较少分化状态的细胞TINT(CXCR3hi CD127lo,区别于TE’和MP细胞)。TE’与TINT细胞的分化与增殖和代谢活动的减少有关,并通过实验证明了TINT至TE’态的转变依赖于由GDP-岩藻糖生物合成、Pofut1和Notch-Rbpj信号组成的营养信号轴。最后,研究人员证明了过表达NICD激活了TE’进程,表明Notch信号的过度激活可以促进TE’程序的发展。


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总的来说,研究人员利用体内CRISPRR-Cas9筛选,系统地研究了TEFF和TMEM细胞命运决定中的代谢因素,发现氨基酸转运体SLC7a1和SLC38a2,通过刺激mTORC1信号,调控TMEM反应的数量和质量,并通过整合遗传和系统方法,发现TEFF细胞之间的细胞和代谢异质性,终端效应细胞分化与代谢静止的建立和细胞周期退出有关。重要的是,Pofut1 将GDP-岩藻糖与下游Notch-Rbpj信号传导联系起来,该营养信号传导轴显著影响终端效应细胞分化。本研究确立了营养物质的摄取和信号传导是决定T细胞命运的关键因素。


原文地址:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.021



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