三大技術如何聯手揭開PAC1腫瘤免疫的神秘面紗？_abio生物試劑品牌網
在醫學研究前沿，腫瘤免疫治療是備受矚目的“主戰場”。科研人員努力尋找新靶點和治療新機制，卻困難重重。腫瘤微環境抑制T細胞功能，讓宿主抗腫瘤防線脆弱。T細胞功能障礙的真相不明，現有免疫治療手段難以根治腫瘤。此時，尋找T細胞特異性抑制途徑成為破局關鍵。而CUT&Tag、ATAC-seq和ChIP-seq這三大技術，宛如三把“神兵利器”，在這場與腫瘤的較量中發揮了關鍵作用。
經典文獻解讀
2020年1月，在《Nature Immunology》發表的題為“The phosphatase PAC1 acts as a T cell suppressor and attenuates host antitumor immunity”的研究論文，揭示了磷酸酶PAC1在腫瘤免疫中的作用及其分子機制。研究團隊借助CUT&Tag、ATAC-seq和ChIP-seq等技術，證實了PAC1通過招募NuRD復合體，重塑T細胞染色質開放性，抑制下游效應基因表達，促使T細胞耗竭，削弱宿主抗腫瘤免疫力。此項研究首次將PAC1明確為腫瘤免疫治療的潛在靶點，為開發新型腫瘤免疫療法提供了關鍵理論依據。
下面我們通過一個簡單的技術路線圖，來看看他們是如何做的：
研究結果
TCGA和GEO數據庫分析顯示，PAC1在TILs中特異性高表達，高PAC1表達預示不良預后。為了評估PAC1在T細胞激活中的作用，在Jurkat T細胞系中過表達不同類型的PAC1以及利用PAC1基因敲除小鼠進行實驗，結果表明，PAC1以不依賴磷酸酶的方式抑制T細胞的增殖和效應功能。
圖1. PAC1在耗竭的TIL中選擇性上調，抑制T細胞反應。
圖E1. PAC1與癌癥中的抑制性受體相關。
圖E2. PAC1減輕T細胞反應。 作者進一步研究了PAC1在T細胞反應中的抑制作用是否影響宿主的抗腫瘤免疫。野生型和PAC1敲除的小鼠經AOM-DSS 誘導獲得結腸炎相關癌癥模型，評估腫瘤數量、大小及組織學分級；雜交獲得MMTV-PyMT模型，觀察自發性乳腺癌生長及TILs浸潤；皮下接種 B16-F10細胞獲得黑色素瘤模型，檢測腫瘤生長曲線及肺轉移灶數量。結果顯示，PAC1敲除的小鼠結腸腫瘤數量減少60%，乳腺癌體積縮小50%，肺轉移灶數量降低40%；腫瘤組織中 CD3? T細胞浸潤增加，PD-1等抑制性受體表達降低。以上結果表明，PAC1抑制宿主對癌癥的免疫反應。
圖2. PAC1通過抑制免疫反應促進腫瘤發展。
圖E3. PAC1抑制宿主抗腫瘤免疫。 腫瘤浸潤T淋巴細胞持續高表達PAC1，與T細胞激活時PAC1的短暫誘導不同。作者推測腫瘤微環境成分參與其調控，經實驗發現，H2O2誘導的氧化應激能維持激活T細胞中PAC1高表達，結腸癌患者腫瘤間質液中ROS水平上升，LCMV Cl13慢性感染也會使PAC1持續上調。通過LUC報告基因實驗，發現氧化應激通過激活EGR1，結合PAC1啟動子特定區域維持其高表達。隨后，評估了PAC1在氧化應激下T細胞反應中的作用。用LCMV Cl13感染野生型和PAC1敲除的小鼠，發現敲除的小鼠體重恢復快、病毒載量低，CD8+T細胞數量和功能更好，抑制性受體表達低。感染早期免疫反應分析發現，敲除PAC1的小鼠T細胞增殖和產生效應細胞因子能力增強，CTL溶細胞功能提升。RNA-seq分析顯示，PAC1敲除的CD8+T細胞中效應功能和抗氧化應激相關基因上調。以上結果表明，炎癥早期PAC1上調會抑制T細胞抗氧化和效應功能，導致T細胞耗竭。
圖3. 氧化應激通過誘導EGR1維持PAC1的表達。
圖4. PAC1對ROS介導的T細胞功能障礙至關重要。
圖E4. PAC1對ROS介導的T細胞功能障礙至關重要。 研究發現，PAC1在染色質上的積累對其抑制免疫功能至關重要。為進一步了解PAC1對染色質可及性的影響及其作用機制，作者首先通過IP-MS分析發現，PAC1與NuRD復合物存在關聯，并且這種相互作用的發生依賴于PAC1的C端結構域，而與PAC1的催化活性并無關聯。隨后，在Jurkat細胞中使用HDAC抑制劑進行處理，結果顯示該抑制劑能夠有效緩解PAC1所介導的T細胞抑制現象。同時，借助CUT&Tag技術，研究人員發現當PAC1缺失時，會導致CHD4（作為NuRD復合物的核心組成成分）與T細胞效應功能相關基因位點之間的結合能力減弱。通過ChIP-seq分析，進一步揭示PAC1能夠對組蛋白H3和H4的乙酰化過程以及H3K36的甲基化過程產生抑制作用。另外，ATAC-seq分析結果表明，敲除PAC1 會顯著增加與T細胞效應功能相關基因的染色質可及性，并且這些基因還與記憶T細胞的發育過程密切相關。以上結果表明，增強的PAC1招募NuRD復合物來改變染色質的可及性。
圖5. PAC1在染色質上積累依賴于它的N端。
圖E5. PAC1與NuRD復合物相互作用并調節染色質可及性。
圖6. PAC1在T細胞活化過程中招募NuRD復合物重塑染色質可及性。 綜上所述，PAC1通過招募NuRD復合物重塑效應T細胞的表觀遺傳程序，抑制T細胞的細胞毒性功能。在炎癥條件下，激活的T細胞通過ROS - EGR1信號通路表達高水平的PAC1，導致T細胞耗竭和宿主抗腫瘤免疫減弱。
圖E6. PAC1在ROS介導的腫瘤浸潤淋巴細胞功能障礙中的作用模型。
下面我們通過一個簡單的技術路線圖，來看看他們是如何做的：
研究結果
TCGA和GEO數據庫分析顯示，PAC1在TILs中特異性高表達，高PAC1表達預示不良預后。為了評估PAC1在T細胞激活中的作用，在Jurkat T細胞系中過表達不同類型的PAC1以及利用PAC1基因敲除小鼠進行實驗，結果表明，PAC1以不依賴磷酸酶的方式抑制T細胞的增殖和效應功能。
圖1. PAC1在耗竭的TIL中選擇性上調，抑制T細胞反應。圖E1. PAC1與癌癥中的抑制性受體相關。
圖E2. PAC1減輕T細胞反應。 作者進一步研究了PAC1在T細胞反應中的抑制作用是否影響宿主的抗腫瘤免疫。野生型和PAC1敲除的小鼠經AOM-DSS 誘導獲得結腸炎相關癌癥模型，評估腫瘤數量、大小及組織學分級；雜交獲得MMTV-PyMT模型，觀察自發性乳腺癌生長及TILs浸潤；皮下接種 B16-F10細胞獲得黑色素瘤模型，檢測腫瘤生長曲線及肺轉移灶數量。結果顯示，PAC1敲除的小鼠結腸腫瘤數量減少60%，乳腺癌體積縮小50%，肺轉移灶數量降低40%；腫瘤組織中 CD3? T細胞浸潤增加，PD-1等抑制性受體表達降低。以上結果表明，PAC1抑制宿主對癌癥的免疫反應。
圖2. PAC1通過抑制免疫反應促進腫瘤發展。圖E3. PAC1抑制宿主抗腫瘤免疫。 腫瘤浸潤T淋巴細胞持續高表達PAC1，與T細胞激活時PAC1的短暫誘導不同。作者推測腫瘤微環境成分參與其調控，經實驗發現，H2O2誘導的氧化應激能維持激活T細胞中PAC1高表達，結腸癌患者腫瘤間質液中ROS水平上升，LCMV Cl13慢性感染也會使PAC1持續上調。通過LUC報告基因實驗，發現氧化應激通過激活EGR1，結合PAC1啟動子特定區域維持其高表達。隨后，評估了PAC1在氧化應激下T細胞反應中的作用。用LCMV Cl13感染野生型和PAC1敲除的小鼠，發現敲除的小鼠體重恢復快、病毒載量低，CD8+T細胞數量和功能更好，抑制性受體表達低。感染早期免疫反應分析發現，敲除PAC1的小鼠T細胞增殖和產生效應細胞因子能力增強，CTL溶細胞功能提升。RNA-seq分析顯示，PAC1敲除的CD8+T細胞中效應功能和抗氧化應激相關基因上調。以上結果表明，炎癥早期PAC1上調會抑制T細胞抗氧化和效應功能，導致T細胞耗竭。
圖3. 氧化應激通過誘導EGR1維持PAC1的表達。圖4. PAC1對ROS介導的T細胞功能障礙至關重要。
圖E4. PAC1對ROS介導的T細胞功能障礙至關重要。 研究發現，PAC1在染色質上的積累對其抑制免疫功能至關重要。為進一步了解PAC1對染色質可及性的影響及其作用機制，作者首先通過IP-MS分析發現，PAC1與NuRD復合物存在關聯，并且這種相互作用的發生依賴于PAC1的C端結構域，而與PAC1的催化活性并無關聯。隨后，在Jurkat細胞中使用HDAC抑制劑進行處理，結果顯示該抑制劑能夠有效緩解PAC1所介導的T細胞抑制現象。同時，借助CUT&Tag技術，研究人員發現當PAC1缺失時，會導致CHD4（作為NuRD復合物的核心組成成分）與T細胞效應功能相關基因位點之間的結合能力減弱。通過ChIP-seq分析，進一步揭示PAC1能夠對組蛋白H3和H4的乙酰化過程以及H3K36的甲基化過程產生抑制作用。另外，ATAC-seq分析結果表明，敲除PAC1 會顯著增加與T細胞效應功能相關基因的染色質可及性，并且這些基因還與記憶T細胞的發育過程密切相關。以上結果表明，增強的PAC1招募NuRD復合物來改變染色質的可及性。
圖5. PAC1在染色質上積累依賴于它的N端。圖E5. PAC1與NuRD復合物相互作用并調節染色質可及性。
圖6. PAC1在T細胞活化過程中招募NuRD復合物重塑染色質可及性。 綜上所述，PAC1通過招募NuRD復合物重塑效應T細胞的表觀遺傳程序，抑制T細胞的細胞毒性功能。在炎癥條件下，激活的T細胞通過ROS - EGR1信號通路表達高水平的PAC1，導致T細胞耗竭和宿主抗腫瘤免疫減弱。
圖E6. PAC1在ROS介導的腫瘤浸潤淋巴細胞功能障礙中的作用模型。
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