青科沙龙第133期 | Nature-CRISPR-Cas9 筛选揭示神经-免疫调控新机制

深究科学

2025-01-04 08:50发布于浙江科普领域创作者

--本期青科沙龙关键词--


CGRP             CRISPR-Cas9筛选系统

RAMP-CRLR         神经-免疫调控机制



直播介绍


神经免疫相关研究是科研的热门方向，在调研了一线科研工作者的需求后，我们联系并邀请到了浙江大学研究员侯宇作为讲者对近期一项研究进行分享，分享主题为CRISPR-Cas9 筛选揭示神经-免疫调控新机制。

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讲
者
介
绍


侯宇，浙江大学研究员。2017年于北京大学生命科学学院获得博士学位。2018-2022年于哈佛医学院-布莱根妇女医院从事博士后工作。侯宇博士2022年全职回国加入浙江大学-良渚实验室，担任研究员（独立PI）。侯宇博士致力于研发新型单细胞多组学测序技术，以及运用单细胞技术揭示疾病调控的分子机制。曾以第一作者身份在Nature, Cell, Science, Cell Research, Nature Genetics 等国际著名期刊上发表多篇研究论文。



研

究
介
绍


T细胞，也被称为T淋巴细胞，是人体免疫系统中的主要细胞之一。其中，作为重要的“指挥调节者”，CD4+ T细胞在T细胞介导的免疫应答中发挥重要作用。CD4+ T细胞分化产生不同类型的辅助T细胞，根据其分泌物和功能，可以分为辅助T细胞1 (Th1)、Th2、Th17和调节性T细胞 (Treg) 等多种亚群。Th1通常由来自于细胞内寄生的病原体如细菌、病毒等刺激分化产生，分泌干扰素γ (IFN-γ)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）等。Th2细胞主要参与体液免疫应答，通过细胞因子可以激活B细胞，促进B细胞分化为抗体产生细胞（浆细胞），产生特异性抗体，发挥防御功能。Th17细胞与其他免疫细胞之间存在相互作用与调控关系，也可通过自身调节来维持免疫系统的平衡。Treg细胞主要分泌TGF-β、IL-10等，具有免疫抑制功能。
然而，免疫应答是一把双刃剑，T细胞的过度异常激活或者T细胞不同亚群的比例失衡，会导致炎症，过敏，以及自身免疫性疾病等。因此，促进最佳的CD4+ T细胞谱系分化，挖掘细胞内在和外在的调节机制，是领域内值得探索的热点之一。

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2024年10月16日，哈佛医学院/布莱根妇女医院Vijay K. Kuchroo课题组，在Nature发表了题为Neuropeptide signaling orchestrates T cell differentiation 的论文。本研究利用了小鼠体内以及体外的CRISPR-Cas9筛选系统，筛选了调节CD4+ T细胞分化的关键作用因子，揭示T细胞表达的神经递质受体（RAMP-CRLR）能够直接感知神经细胞分泌的降钙素基因相关肽（CGRP），从而响应病毒感染免疫反应，高效分化Th1细胞，实现有效的病毒杀伤。这一研究揭示了神经-免疫调控的新机制，为疾病的免疫治疗提供了新思路。



研究过程

首先，本研究利用小鼠体内病毒感染模型，结合单细胞转录组分析，进行了小鼠体内Th1细胞分化的拟时序分析，鉴定Th1体内分化的动态表达图谱。随后，运用T细胞体外分化体系，建立Th1/Th2双分化系统，结合单细胞转录组分析，鉴定Th1细胞分化特异性高表达的基因。综上，结合T细胞体内和体外分化的表达模式，锁定基因功能筛选的候选基因。
其次，利用CRIPSR-Cas9基因筛选系统进行小鼠T细胞体内和体外分化的基因功能筛选，并按照基因的功能进行排序，鉴定Th1分化的正向调节因子RAMP3。RAMP3能够与CRLR蛋白在细胞表面形成神经递质CGRP/ADM的受体，但是RAMP3在T细胞中调节Th1分化的具体机制还未可知。

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CRISPR-Cas9 筛选T细胞分化关键调节因子


接着，研究者确认了神经递质CGRP同样可以促进Th1细胞的分化，这与鉴定的RAMP3在T细胞中的调控作用一致。进一步运用RAMP3基因敲除的T细胞，研究者揭示了CGRP是通过T细胞表达RAMP3发挥调节作用。转录组测序显示CGRP激活T细胞中第二信使cAMP通路，cAMP的作用与CGRP高度一致，同样可以促进Th1细胞的分化。结合CUT&Tag测序，luciferase，western等实验，研究者进一步探究了CGRP通过RAMP3调控T细胞分化的作用机制：CGRP-RAMP3轴激活下游pCREB的表达，从而激活转录因子ATF3的表达，ATF3通过顺式作用上调Th1分化的关键转录因子STAT1的表达，从而促进T细胞向Th1亚群分化。

最后，研究者运用小鼠LCMV病毒感染模型进一步发现CGRP-RAMP3神经免疫轴在小鼠抗病毒免疫过程中的重要调控功能。在小鼠急性病毒感染的第7天，野生型小鼠中大部分病毒已经被清除，而在CGRP基因缺失的小鼠中仍有较高的病毒滴度，以及肿大的脾脏，其原因是在CGRP基因缺失的小鼠中没有激活有效的Th1免疫应答，说明CGRP的表达对Th1细胞介导的病毒清除过程至关重要。同样，在RAMP3基因缺失的小鼠中，研究者发现了和CGRP基因缺失小鼠中一样的现象，体现在病毒清除能力低下，肿大的脾脏以及受损的Th1细胞分化。利用小鼠T细胞移植转移模型，研究者进一步锁定了T细胞中RAMP3的表达对病毒感染诱导的体内Th1分化至关重要。

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CGRP调节Th1细胞分化的作用机制


综上所述，作者通过单细胞测序，CRISPR-Cas9基因功能筛选鉴定了全新的神经-免疫调控轴，运用小鼠病毒感染模型，揭示了CGRP-RAMP3轴在激活有效的抗病毒免疫反应过程中的重要作用，为全面理解神经-免疫调控网络，探索新的免疫治疗靶点，提供了新的视角。


Neuropeptide signalling orchestrates T cell differentiation | Nature



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