健康的T細(xì)胞是平衡免疫系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它們可以迅速行動起來抵抗感染或癌癥，但又不會變得過于活躍，以至于傷害它們本應(yīng)保護(hù)的細(xì)胞，就像自身免疫性疾病一樣。
在幕后，有三個基因在精心策劃這種平衡行為。眾所周知，這些基因（CD28、CTLA4 和 ICOS）在塑造 T 細(xì)胞的功能和維持其平衡方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們都集中在同一段 DNA 上，為蛋白質(zhì)編碼，這些蛋白質(zhì)的微調(diào)協(xié)調(diào)對免疫健康至關(guān)重要。
雖然科學(xué)家們早就認(rèn)識到這些鄰近基因的重要功能，但對于它們是如何在抑制免疫系統(tǒng)的特殊T細(xì)胞中開啟和關(guān)閉的，人們知之甚少。當(dāng)T細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)和受刺激狀態(tài)時，開關(guān)是如何起作用的，這方面的知識也很缺乏。
在一項新的研究中，格萊斯頓研究所的科學(xué)家們使用了一種被稱為CRISPR干擾(CRISPRi)的工具，繪制了控制這些基本免疫基因表達(dá)的分層機(jī)制。該研究結(jié)果發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志上，為免疫平衡、自身免疫性疾病和癌癥免疫療法的發(fā)展提供了有價值的見解。
“直到最近，我們?nèi)狈ぞ邅硐到y(tǒng)地確定在基因組的一個位點上作為鄰居分組的基因協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)的機(jī)制聯(lián)系，現(xiàn)在，我們可以開始破譯與疾病風(fēng)險相關(guān)的多基因位點的復(fù)雜邏輯，我們可以直接在那些在這些疾病中起核心作用的人類細(xì)胞中做到這一點。”Gladstone高級研究員Alex Marson說。
這些知識對于理解免疫驅(qū)動疾病的基礎(chǔ)至關(guān)重要。例如，一個人患某些自身免疫性疾病的風(fēng)險可能與同一DNA“鄰居”中的遺傳變異有關(guān)，這些變異會影響控制三種免疫基因的開關(guān)。這將有助于設(shè)計新的癌癥免疫療法，指導(dǎo)人體的T細(xì)胞對抗癌細(xì)胞，Marson說。
開啟一個新的理解層面
對于Marson實驗室和加州大學(xué)舊金山分校的Cody Mowery來說，專注于含有CD28、CTLA4和ICOS的DNA片段是顯而易見的。已知該基因座的變異與狼瘡和炎癥性腸病等自身免疫性疾病有關(guān)，一些針對這些基因的治療方法已經(jīng)存在，改善和延長了患有自身免疫性疾病和癌癥的人的生命。
“我不認(rèn)為夸大這些基因的重要性是可能的，考慮到它們在基因組中只是一個接一個地躺在一起，我們當(dāng)然希望進(jìn)入并了解我們所能了解的一切。”
基因表達(dá)的基本控制已經(jīng)確立。其中一些關(guān)鍵角色是CRE，即“順式監(jiān)管元素”的縮寫。cre是位于其調(diào)控基因附近的非編碼DNA片段。cre還與其他被稱為反式調(diào)控因子的調(diào)控元件相互作用，以促進(jìn)或抑制DNA轉(zhuǎn)錄，這是基因到蛋白質(zhì)生產(chǎn)線的第一步。
科學(xué)家們想要發(fā)現(xiàn)cre的位置，并測試特定cre在調(diào)節(jié)這三種基因中的作用，從而深入了解疾病風(fēng)險的潛在原因。
“給定一種特定的細(xì)胞類型及其當(dāng)前的激活狀態(tài)，我們想知道在相同的情況下，是什么導(dǎo)致一個基因被表達(dá)而另一個基因被抑制，當(dāng)你在同一位點高度協(xié)調(diào)地調(diào)節(jié)基因時，回答這個問題變得非常復(fù)雜。”
研究小組使用CRISPRi破壞了11500多個靶點——每個靶點都在不同的人類T細(xì)胞中——跨越了包含CD28、CTLA4和ICOS的整個DNA鏈。他們在人類獻(xiàn)血者的兩種不同類型的T細(xì)胞中進(jìn)行了實驗，然后檢查了對基因表達(dá)的影響。
“在我們小組最近開發(fā)出大規(guī)模應(yīng)用CRISPRi的方法之前，這是不可能的，”加州大學(xué)舊金山分校的醫(yī)學(xué)副教授Jimmie Ye博士說。
在Gladstone高級研究員Katie Pollard博士的計算生物學(xué)實驗室的幫助下，該團(tuán)隊的分析確定并繪制了特定cre在不同細(xì)胞激活狀態(tài)下對三種基因表達(dá)的影響。
他們發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，特定基因的表達(dá)由不同的cre控制，這取決于細(xì)胞類型或激活狀態(tài)。一些CRE在基因之間共享，但對每個基因的影響不同，影響基因表達(dá)的CRE可能位于遠(yuǎn)離基因本身的地方。
“在這個過程中，我們能夠驗證特定cre的功能影響，這些cre以前只與基因表達(dá)間接相關(guān)，”Jimmie Ye說。
多層次的復(fù)雜性
接下來，研究人員將先前編譯的數(shù)據(jù)集和額外的分子和計算工具結(jié)合起來，以識別這三種基因的反式調(diào)節(jié)因子，并將它們與它們所影響的特定cre聯(lián)系起來。該分析還揭示了基因和遺傳區(qū)域中位點之間的調(diào)控串?dāng)_的潛在機(jī)制，這些機(jī)制似乎塑造了DNA的3D結(jié)構(gòu)，以確保開關(guān)將其活動集中在正確的基因目標(biāo)上。
“我們現(xiàn)在對這個位點的基因調(diào)控有了更動態(tài)的了解，這種新的認(rèn)識水平最終可能會導(dǎo)致更好的自身免疫性疾病和癌癥治療方法。”
該團(tuán)隊已經(jīng)證明了一個潛在的例子:在已確定的cre中，他們發(fā)現(xiàn)了兩種基因變異，它們似乎強(qiáng)烈影響CTLA4的表達(dá)，并與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有關(guān)。進(jìn)一步的研究可以揭示其潛在的臨床意義。
研究人員還對他們的研究對基因工程治療疾病的影響感興趣。
Ye說:“現(xiàn)在很多人都在關(guān)注利用基因工程在細(xì)胞內(nèi)創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)。但我認(rèn)為，未來，我們將把所有的調(diào)控邏輯放在非蛋白質(zhì)編碼序列中，使我們能夠更好地進(jìn)行控制。”
(文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-5/20240530125050062.htm) | 
