《Cell | 利用群体非同步性系统绘制老化过程中的基因调控网络》

  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-06-26
  • 2024年6月21日,西班牙巴塞罗那基因组调控中心的Nicholas Stroustrup团队在cell上发表了题为Systematic mapping of organism-scale gene-regulatory networks in aging using population asynchrony的文章。

    在多细胞系统中,构建生理异质性的机制模型面临着多尺度功能相互依赖性的挑战。驱动衰老的机制嵌入在复杂的稳态网络中,传统实验方法难以处理这些反馈回路和一对多的相互作用。尽管在单细胞生物中取得了一些进展,但在构建多细胞衰老的机械动态模型方面,仍然需要新的方法。

    该研究通过Asynch-seq方法(是一种结合实验和建模的新方法,用于系统地识别驱动非遗传性生理异质性和寿命差异的分子机制。它利用现代RNA测序(RNA-seq)技术的速度和可扩展性,通过在同基因群体中分析基因表达异质性来研究生成寿命差异的过程),揭示了以下主要发现:

    生理异质性与寿命差异的关系:在衰老过程中,不同个体的生理网络功能下降速率不同,导致寿命的广泛分布。

    Asynch-seq方法的应用:通过收集成千上万的单个个体的转录组数据,研究捕获了线虫的“全转录组”,即一种高分辨率的非遗传变异图谱。

    主要生理异质性来源的识别:研究使用该图谱指导大规模干扰筛查,识别出生殖细胞和体细胞之间总RNA含量的解耦是衰老过程中生理异质性的最大来源。这一过程由多效基因驱动,敲低这些基因可以显著减少寿命差异。

    减少个体间衰老差异的实验验证:通过一系列干扰实验,研究证明直接操纵生成生理异质性的机制可以显著减少这种异质性,从而在种群中产生更好且更平等的衰老结果。

    总之,这项研究通过系统地绘制生理异质性图谱,识别并验证了驱动衰老过程中生理异质性和寿命差异的关键机制,为减少个体间的衰老差异提供了新的方法和视角。

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    • 编译者:李康音
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    • 本文内容转载自“ 生物世界”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/6qgN_FdjPj-mPv3dT3i_TA 2023年11月16日,美国圣裘德儿童研究医院迟洪波团队在 Nature 期刊发表了题为Single-cell CRISPR screens in vivo map T cell fate regulomes in cancer 的研究论文。该研究使用单细胞CRIPSR筛选,在体内绘制了肿瘤T细胞命运调控网络。揭示了促使耗竭T细胞前体/祖细胞(Tpex)细胞退出静息状态以及增强终末耗竭T细胞(Tex)细胞增殖状态的关键调控转录因子,并用以改善肿瘤免疫疗法。 首先,研究人员发现Tpex细胞退出静息状态并连续分化为中间型Tex1细胞(有较强的功能和增殖能力的一群Tex细胞),这一过程由IKAROS和ETS1差异调控。IKAROS促进Tpex1(有较弱增殖能力的一群Tpex细胞)的代谢激活及其分化为Tpex2细胞(有较强增殖能力的一群Tpex细胞)。敲除IKAROS抑制了CTLs的功能,增加了肿瘤内CTLs的干细胞性的同时降低了细胞代谢以及mTORC1信号通路的活性,暗示IKAROS缺陷可能使细胞滞留在过度静止的状态。并且,敲除IKAROS导致的CTL细胞积累无法单独或响应ICB改善抗肿瘤免疫反应。相反,敲除ETS1通过增强mTORC1信号通路活性和代谢重编程来调控Tpex2到Tex1分化过程,并且在多个肿瘤模型中增强了过继细胞疗法(ACT)和免疫检查点阻断疗法(ICB)抗肿瘤效果,并且ETS1基因表达量与癌症患者对ICB的响应呈负相关。在机制上,研究人员揭示了TCF-1和BATF可以分别被IKAROS和ETS1负向调控,是IKAROS和ETS1在CTL细胞中的靶点。 其次,研究人员发现敲除RBPJ阻断了中间型Tex1向终末Tex2细胞(有较弱的功能和增殖能力的一群Tex细胞)分化,同时通过增加Tex细胞的增殖能力来扩大Tex1细胞累积。并且,敲除RBPJ在多个肿瘤模型中改善了ACT和ICB的抗肿瘤效果。另外,RBPJ基因的表达量与来自癌症患者CTLs的终末Tex分化以及癌症患者对免疫检查点阻滞疗法的低反应性正相关。在机制上, RBPJ通过抑制IRF1转录因子的活性来促进了中间型Tex1到终末型Tex2细胞的分化。因此,敲除RBPJ通过增强有较强功能和增殖能力的Tex1细胞的分化来改善ACT和ICB的抗肿瘤效果。 总的来说,这项研究揭示了肿瘤内CTLs分化和功能的多样性及关键的调控转录因子,并为整合CTLs细胞命运基因调控网络和改善肿瘤免疫反应的潜在靶点提供了一个系统框架。
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    • 编译者:李康音
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    • 2024年1月4日,比利时VIB KU Leuven癌症生物学中心等机构的研究人员在Cell发表题为A TCF4-dependent gene regulatory network confers resistance to immunotherapy in melanoma的文章。 为了更好地了解对免疫检查点阻断 (ICB) 的内在耐药性,该研究建立了初治黑色素瘤生态系统细胞结构的全面视图,并研究了其在 ICB 下的演变。 使用单细胞、空间多组学,研究人员发现肿瘤微环境促进了复杂的黑色素瘤转录组学景观的出现。具有间充质样 (MES) 状态的黑色素瘤细胞(已知对靶向治疗具有耐药性的群体)在对 ICB 无反应者的早期治疗活检中显着富集。TCF4 是 MES 特征的主要调节因子以及黑素细胞和抗原呈递转录程序的抑制因子,因此是这一领域的中心。使用溴结构域抑制剂在遗传或药理学上靶向 TCF4,增加 MES 细胞对 ICB 和靶向治疗的免疫原性和敏感性。 因此,该研究发现了一个 TCF4 依赖性调控网络,该网络协调多个转录程序并有助于黑色素瘤对靶向治疗和 ICB 的耐药性。