摘要：每种细胞类型都拥有独特的基因表达模式，以维持其功能和应对外部信号。这种特异性依赖于转录调控网络，而目前人类细胞中这些网络的结构尚未完全阐明【1-2】。精准的基因调控对于维持细胞身份和响应环境信号至关重要，而T细胞作为免疫系统中功能多样的细胞类型，其基因表达的精

撰文 | 格格

每种细胞类型都拥有独特的基因表达模式，以维持其功能和应对外部信号。这种特异性依赖于转录调控网络，而目前人类细胞中这些网络的结构尚未完全阐明【1-2】。精准的基因调控对于维持细胞身份和响应环境信号至关重要，而T细胞作为免疫系统中功能多样的细胞类型，其基因表达的精细调控尤为重要。T细胞分为调节性T细胞 (Treg) 和效应性T细胞 (Teff) ，它们在免疫应答中发挥相反的作用。然而，两者在基因表达水平上存在高度相似性，需要不同的调控机制来实现其功能【3-4】。IL-2Rα是IL-2受体的亚基，在Treg细胞中持续表达，在Teff细胞中仅在受到刺激后短暂表达【5】。这种表达模式与细胞的功能密切相关。因此，研究IL-2Rα表达的调控机制，有助于深入理解T细胞的功能和免疫应答的机制。

近日，来自美国加利福尼亚大学旧金山分校Gladstone基因组免疫学研究所的Alexander Marson研究团队在Nature杂志发表题为Central control of dynamic gene circuits governs T cell rest and activation的研究论文，该研究通过CRISPR筛选揭示了T细胞静息和激活状态的基因调控机制。

研究人员使用CRISPR筛选技术在多种人源 CD4+ T细胞中识别了调控 IL-2Rα 表达的调节因子。IL-2Rα 是T细胞活化的标志物，由促炎效应T细胞短暂表达，并由抗炎调节性T细胞持续表达。筛选结果显示，约90%识别出的调节因子在不同细胞类型和/或刺激状态下具有不同的效应，其中一些调节因子在不同条件下甚至具有相反的效应。研究人员发现了一些关键的调节因子，例如JAK-STAT途径成员、GATA3、KLF2、MYB、ZNF217 和 MYC。这些因子在不同细胞类型和/或刺激状态下具有不同的作用，例如GATA3在刺激的效应T细胞中是IL-2Rα的强正调节因子，而在静息的效应T细胞和静息的调节性T细胞中作用较弱。

研究人员使用CRISPR技术敲除了18个调节因子，并检测了IL-2Rα蛋白表达的变化。结果显示，许多调节因子在不同细胞类型和/或刺激状态下具有不同的作用，例如MED12在静息的效应T细胞中增加IL-2Rα水平，但在刺激的效应T细胞和调节性T细胞中降低其水平。

研究人员还发现了一些调节因子在T细胞从激活状态回到静息状态的过程中发挥重要作用，例如TAF5L、BPTF和SOCS3在效应T细胞中促进IL-2Rα水平的降低。

研究人员使用Perturb-CITE-seq技术研究了28个IL-2Rα调节因子的功能，并评估了它们对 T细胞整体激活状态的影响。结果显示，许多调节因子可以作为静息或激活的广谱调节因子，而MED12则是一个动态调节因子，可以控制静息和激活状态的基因表达。研究人员构建了静息和激活状态下T细胞的基因调控网络图，发现MED12在这两个网络中都发挥着关键作用，它可以促进静息状态的维持因子 （如 KLF2、MYC） 的表达，并抑制激活状态的维持因子 （如 SOCS3、NF-κB2） 的表达。

研究人员进一步敲除了MED12基因，并使用RNA-seq技术分析了基因表达的变化。结果显示，MED12的敲除导致静息细胞中一些与刺激响应相关的基因表达提前或延迟，而在刺激细胞中，刺激诱导的基因表达变化被抑制。研究人员发现，MED12敲除导致下游许多与IL-2Rα相关的基因表达发生改变，例如IRF4、GATA3 和 KLF2。这些结果表明，MED12直接促进了这些关键调节因子的条件表达。

研究人员发现，MED12与组蛋白甲基化复合物COMPASS存在相互作用。MED12的敲除导致H3K4me3组蛋白甲基化水平的改变，这可能与RNA聚合酶II在关键基因启动子区的停滞有关。研究人员还发现，MED12与CXXC1蛋白共定位于许多关键的激活状态调节基因，例如 KLF2、MYC 和 ETS1。CXXC1在静息细胞中的表达水平较高，但在刺激细胞中较低，这可能表明 CXXC1 在激活过程中从这些基因位点被移除。

最后，研究人员发现，MED12敲除的T细胞在受到刺激时，其IL-2Rα表达水平更高，且更不容易发生凋亡。这表明MED12的敲除可以限制激活诱导的细胞死亡，从而提高T细胞的持久性。研究人员还发现，MED12敲除的T细胞中FAS受体的表达水平更高，这可能与凋亡反馈回路有关。

图1 CRISPR筛选调控 IL-2Rα 表达的流程图

总之，该研究揭示了T细胞静息和激活状态的基因调控机制，为理解T细胞的功能和免疫应答的机制提供了重要的基础。此外，该研究结果可能为开发新型免疫治疗策略提供新的思路，例如通过靶向调控关键基因来增强T细胞的功能或延长其寿命。

制版人：十一

参考文献

1. Lee, T. I. & Young, R. A. Transcriptional regulation and its misregulation in disease.Cell152, 1237–1251 (2013).

2. Field, A. & Adelman, K. Evaluating enhancer function and transcription. Annu. Rev. Biochem. 89, 213–234 (2020).

3. Lee, W. & Lee, G. R. Transcriptional regulation and development of regulatory T cells.Exp. Mol. Med.50, e456 (2018).

4. Ota, M. et al. Dynamic landscape of immune cell-specific gene regulation in immunemediated diseases.Cell184, 3006–3021.e17 (2021).

5. Kmieciak, M. et al. Human T cells express CD25 and Foxp3 upon activation and exhibit effector/memory phenotypes without any regulatory/suppressor function.J. Transl. Med.7, 89 (2009).

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来源：小赵说科学