全基因组CRISPR筛选揭示染色体重塑是耗竭T细胞维持的关键

撰文 | 雪月

责编 | 兮

T细胞耗竭是对肿瘤抗原反应差、体内细胞增殖和持久性低的状态，并会诱导抑制性表面受体表达。T细胞耗竭最初在慢性病毒感染环境中发现，后来发现T细胞耗竭会发生在多种疾病中，包括肿瘤和自身免疫性疾病。T细胞衰竭是检查点阻断和CAR-T细胞疗法的主要障碍。操纵这一过程会提高抗肿瘤免疫中的T细胞反应。最近的研究表明T细胞耗竭在转录和表观基因组进行的广泛的重塑。这种独特的表观遗传状态主要由慢性抗原和TCR信号驱动，并导致细胞表型稳定，不会因抗PD-1治疗而改变。

2022年6月23日，来自斯坦福大学的Ansuman T. Satpathy团队在Cancer Cell上发表题为Genome-wide CRISPR screens of T cell exhaustion identify chromatin remodeling factors that limit T cell persistence的文章。作者通过构建CRISPR筛选发现耗竭T细胞中表观遗传学相关染色体重塑和核小体组装的基因是调节耗竭状态的关键基因。

作者首先开发了一种适用于T细胞耗竭的全基因组CRISPR筛选检测方法。作者使用anti-CD3抗体培养8天，从而可以不依赖于抗原的方式诱导慢性TCR信号传导。这种方法可以获得足够多的细胞，能够覆盖全基因组进行CRISPR筛选。培养8天后作者发现PD-1和TIM-3进行性上调。与初始激活后没有进一步TCR刺激的细胞相比，慢性刺激的T细胞出现生长缺陷，并且IFNg和TNFa的分泌受到破坏，体内以及体外肿瘤杀伤能力出现缺陷。作者用ATAC-seq验证了诱导的体外耗竭T细胞显示了与体内耗竭T细胞相似的标志性功能和基因组特征。

接下来作者对体外诱导的耗竭T细胞进行CRISPR筛选，并对前100个衰竭正调因子进行GO分析，发现TCR信号通路富集。除却与TCR相关的GO富集外，其他的富集通路都与表观遗传相关，包括染色体重塑、核小体分解。作者又使用Cytoscape可视化了高度富集的基因和耗竭基因网络，证实了它们高度相互联系的关系网络。对来自慢性病毒感染的单细胞转录组数据分析表明筛选出的前100个基因有98个在病毒感染耗竭T细胞中表达。作者选择了筛选中的BAF和INO80复合物作为进一步研究的方向。

在筛选中，作者观察到其中Arid1a、Smarcc1 和 Smarcd2是三个最重要的cBAF复合物的组成分子。作者将Arid1a敲除后，阻碍了cBAF复合物可以提高体内T细胞的持久性和抗肿瘤免疫效力。这一现象作者在人耗竭T细胞也得到了验证。包括Arid1a在内的cBAF亚基的敲除可以通过限制AP-1转录因子对染色质的可及性来改善T细胞功能，从而抑制与衰竭相关的染色质状态的获得。进一步分析显示cBAF 和 INO80 染色质重塑复合物在T细胞耗竭中具有不同的作用。cBAF主要调节效应和耗竭相关基因，而INO80主要调节代谢。这也表明协同靶向多种途径可以改善T细胞功能。

本研究提供了调节T细胞衰竭的基因图谱。利用全基因组筛选发现与染色质相关的表观遗传因子的富集和核小体重塑与耗竭T细胞密切相关。本文的工作为寻求改善T细胞功能提供了新途径。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2022.06.001

制版人： 十一

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