健康的T細胞是平衡免疫系統的基礎。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保護的細胞，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 細胞的功能和維持其平衡方面發揮著關鍵作用。它們都集中在同一段 DNA 上，為蛋白質編碼，這些蛋白質的微調協調對免疫健康至關重要。

雖然科學家們早就認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的特殊T細胞中開啟和關閉的，人們知之甚少。當T細胞處于靜止狀態和受刺激狀態時，開關是如何起作用的，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的分層機制。該研究結果發表在《自然遺傳學》雜志上，為免疫平衡、自身免疫性疾病和癌癥免疫療法的發展提供了有價值的見解。

“直到最近，我們缺乏工具來系統地確定在基因組的一個位點上作為鄰居分組的基因協調調節的機制聯系，現在，我們可以開始破譯與疾病風險相關的多基因位點的復雜邏輯，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動疾病的基礎至關重要。例如，一個人患某些自身免疫性疾病的風險可能與同一DNA“鄰居”中的遺傳變異有關，這些變異會影響控制三種免疫基因的開關。這將有助于設計新的癌癥免疫療法，指導人體的T細胞對抗癌細胞，Marson說。

開啟一個新的理解層面

對于Marson實驗室和加州大學舊金山分校的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，一些針對這些基因的治療方法已經存在，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，我們當然希望進入并了解我們所能了解的一切。”

基因表達的基本控制已經確立。其中一些關鍵角色是CRE，即“順式監管元素”的縮寫。cre是位于其調控基因附近的非編碼DNA片段。cre還與其他被稱為反式調控因子的調控元件相互作用，以促進或抑制DNA轉錄，這是基因到蛋白質生產線的第一步。

科學家們想要發現cre的位置，并測試特定cre在調節這三種基因中的作用，從而深入了解疾病風險的潛在原因。

“給定一種特定的細胞類型及其當前的激活狀態，我們想知道在相同的情況下，是什么導致一個基因被表達而另一個基因被抑制，當你在同一位點高度協調地調節基因時，回答這個問題變得非常復雜。”

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細胞中——跨越了包含CD28、CTLA4和ICOS的整個DNA鏈。他們在人類獻血者的兩種不同類型的T細胞中進行了實驗，然后檢查了對基因表達的影響。

“在我們小組最近開發出大規模應用CRISPRi的方法之前，這是不可能的，”加州大學舊金山分校的醫學副教授Jimmie Ye博士說。

在Gladstone高級研究員Katie Pollard博士的計算生物學實驗室的幫助下，該團隊的分析確定并繪制了特定cre在不同細胞激活狀態下對三種基因表達的影響。

他們發現，在某些情況下，特定基因的表達由不同的cre控制，這取決于細胞類型或激活狀態。一些CRE在基因之間共享，但對每個基因的影響不同，影響基因表達的CRE可能位于遠離基因本身的地方。

“在這個過程中，我們能夠驗證特定cre的功能影響，這些cre以前只與基因表達間接相關，”Jimmie Ye說。

多層次的復雜性

接下來，研究人員將先前編譯的數據集和額外的分子和計算工具結合起來，以識別這三種基因的反式調節因子，并將它們與它們所影響的特定cre聯系起來。該分析還揭示了基因和遺傳區域中位點之間的調控串擾的潛在機制，這些機制似乎塑造了DNA的3D結構，以確保開關將其活動集中在正確的基因目標上。

“我們現在對這個位點的基因調控有了更動態的了解，這種新的認識水平最終可能會導致更好的自身免疫性疾病和癌癥治療方法。”

該團隊已經證明了一個潛在的例子:在已確定的cre中，他們發現了兩種基因變異，它們似乎強烈影響CTLA4的表達，并與類風濕性關節炎有關。進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:“現在很多人都在關注利用基因工程在細胞內創造新的蛋白質。但我認為，未來，我們將把所有的調控邏輯放在非蛋白質編碼序列中，使我們能夠更好地進行控制。”



(文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-5/20240530125050062.htm)