N6-甲基腺苷(m6A)是真核mRNA中最普遍和豐富的修飾,通過(guò)“writer”(甲基轉(zhuǎn)移酶)、“eraser”(去甲基化酶)和“reader”(閱讀蛋白)動(dòng)態(tài)調(diào)控mRNA代謝的幾乎每一步,并干擾多種生物過(guò)程。RNA甲基化是調(diào)控免疫細(xì)胞功能的重要過(guò)程,但其如何影響CD8 T細(xì)胞的抗腫瘤活性尚不完全清楚。
近日,澳門大學(xué)侯嘉杰教授和中山大學(xué)徐瑞華教授團(tuán)隊(duì)合作研究了m6A RNA reader蛋白YTHDF2在CD8 T細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)和亞細(xì)胞定位如何決定其在抗腫瘤免疫中的多功能性。研究發(fā)現(xiàn)YTHDF2在早期效應(yīng)T細(xì)胞或效應(yīng)樣CD8 T細(xì)胞中高表達(dá),并且對(duì)腫瘤進(jìn)展和抗PD-1阻斷治療反應(yīng)有重要作用。相關(guān)研究成果以“YTHDF2 upregulation and subcellular localization dictate CD8 T cell polyfunctionality in anti-tumor immunity”為題發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》上。
標(biāo)題:YTHDF2 upregulation and subcellular localization dictate CD8 T cell polyfunctionality in anti-tumor immunity(YTHDF2上調(diào)和亞細(xì)胞定位決定CD8 T細(xì)胞在抗腫瘤免疫中的多功能性)
期刊:Nature Communications
發(fā)表時(shí)間:2024年11月5日
技術(shù)平臺(tái):m6A-seq、RIP-seq、RNA-seq、ATAC-seq等(易基因金牌技術(shù))
本研究首先揭示了m6A RNA reader蛋白YTHDF2在早期效應(yīng)或效應(yīng)樣CD8 T細(xì)胞中高表達(dá)。分析結(jié)果表明YTHDF2促進(jìn)了新生RNA(nascent RNA)合成,而m6A識(shí)別對(duì)于蛋白質(zhì)特異性核功能至關(guān)重要,也加強(qiáng)了其在RNA水平上的自我調(diào)控。T細(xì)胞中YTHDF2缺失會(huì)加劇腫瘤進(jìn)展,并導(dǎo)致對(duì)PD-1阻斷在小鼠和人類中的無(wú)反應(yīng)性。除了啟動(dòng)對(duì)線粒體健康必要的RNA衰變外,YTHDF2還協(xié)調(diào)染色質(zhì)變化,促進(jìn)T細(xì)胞的多功能性。YTHDF2與IKZF1/3互作,促進(jìn)目標(biāo)基因的持續(xù)轉(zhuǎn)錄。因此,在YTHDF2缺失T細(xì)胞中,通過(guò)聯(lián)合使用IKZF1/3抑制劑來(lái)那度胺(lenalidomide),可以大幅恢復(fù)免疫療法誘導(dǎo)的療效,該療效在小鼠模型中得到驗(yàn)證?傊,本研究結(jié)果表明YTHDF2協(xié)調(diào)表觀轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò),以增強(qiáng)T細(xì)胞免疫,這可能為癌癥免疫治療提供新策略。
研究思路:
實(shí)驗(yàn)方法:
樣本選擇:
結(jié)果圖形:
(1)YTHDF2在早期效應(yīng)T細(xì)胞(Teff)和類效應(yīng)T細(xì)胞中選擇性上調(diào)和重新分布。
圖1:YTHDF2在早期Teff和類Teff細(xì)胞中選擇性上調(diào)和重新分布。
a. 不同時(shí)間點(diǎn)激活或向耗竭/記憶階段分化的人CD8 T細(xì)胞中m6A修飾物的mRNA表達(dá)(GSE212357)。
b. 接受抗PD-1或cIg治療的小鼠肺腫瘤中的CD8 T細(xì)胞中m6A修飾物的mRNA表達(dá)(GSE114300)。
c. 在體外生成的效應(yīng)CD8 T細(xì)胞(Teff,n=5個(gè)獨(dú)立樣本)和耗竭CD8 T細(xì)胞(Tex,n=5個(gè)獨(dú)立樣本)中YTHDF2的平均熒光強(qiáng)度(MFI)。
d-e. 在接種B16F10-OVA腫瘤的小鼠的脾臟或腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞亞群中YTHDF2的MFI,在腫瘤接種后第6天(n=5只小鼠)或第13天(n=5只小鼠)。 Tpex:祖細(xì)胞耗竭T細(xì)胞。Tmem:記憶T細(xì)胞。
f. 在接受抗PD-1或cIg治療的B16F10-OVA腫瘤中的CD8 T細(xì)胞亞群中YTHDF2的MFI(每組n=5只小鼠)。
g. 刺激的小鼠或人類CD8 T細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中YTHDF2的免疫印跡分析。
h. naïve或激活的CD8 T細(xì)胞中YTHDF2(紅色)和DAPI(藍(lán)色)的代表性共聚焦免疫熒光圖像。
i. 在進(jìn)展(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)或縮。╪=5個(gè)獨(dú)立樣本)的B16-OVA腫瘤中CD8(紅色)和YTHDF2(綠色)的代表性免疫熒光染色。
j. 在接受抗PD-1或cIg治療的CD8 Tpex細(xì)胞中YTHDF2(紅色)和DAPI(藍(lán)色)的代表性共聚焦免疫熒光圖像(每組n=6個(gè)獨(dú)立樣本)。
(2)YTHDF2 對(duì) CD8 T 細(xì)胞的抗腫瘤作用至關(guān)重要
圖2:YTHDF2對(duì)CD8 T細(xì)胞的抗腫瘤效應(yīng)至關(guān)重要。
a. 雄性Ythdf2F/F(n=6)或Ythdf2CKO(n=6)小鼠皮下注射10^6 Hepa1-6細(xì)胞。
b. 雌性Ythdf2F/F(n=7)或Ythdf2CKO(n=5)小鼠皮下注射5×10^5 B16F10細(xì)胞。
c. 雌性Ythdf2F/F(n=5)或Ythdf2CKO(n=5)小鼠皮下注射10^6 MC38細(xì)胞。每2或3天監(jiān)測(cè)一次腫瘤生長(zhǎng)。
d-f. 從接種MC38腫瘤的Ythdf2F/F(n=6)和Ythdf2CKO(n=6)小鼠中分離出的腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞(TIL),在腫瘤接種后第12天,通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估TIL中T細(xì)胞亞群(CD8、CD4和調(diào)節(jié)性(Treg)T細(xì)胞)的數(shù)量(d),以及CD8 T細(xì)胞亞群中CD44+、KLRG1+陽(yáng)性(e)、活化caspase-3(Casp-3)、顆粒酶B(Gzm B)、干擾素-γ(IFN-γ)或Ki-67陽(yáng)性的頻率(f)。
g. 從攜帶MC38腫瘤的Ythdf2 F/F(n=6)和Ythdf2CKO(n=6)小鼠(第18天)中,通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估PD-1+TIM3+CD101+的CD8 T細(xì)胞亞群頻率。
h. 將雌性Ythdf2F/F;OT-1(n=8)或Ythdf2CKO;OT-1(n=6)小鼠皮下注射10^6 B16F10-OVA細(xì)胞,并監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)。
i. 采用PBS對(duì)照或OVA預(yù)激活的Ythdf2F/F;OT-1或Ythdf2CKO;OT-1 CD8 T細(xì)胞進(jìn)行過(guò)繼轉(zhuǎn)移處理B16F10-OVA黑色素瘤(每組5只小鼠)。
j-k. 雌性Ythdf2F/F(n=12)或Ythdf2 CKO(n=11)小鼠皮下注射10^6 MC38細(xì)胞(j)。雄性Ythdf2F/F(n=16)或Ythdf2CKO(n=12)小鼠皮下注射10^6 Hepa1-6細(xì)胞(k)。攜帶腫瘤的小鼠接受抗PD-1或cIg治療。
l. 從接種MC38腫瘤并接受抗PD-1治療的Ythdf2F/F(n=6)和Ythdf2CKO(n=6)小鼠中分離出的TIL,通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估PD-1+Dextramer+、CX3CR1+Tim3+CD101-PD-1+ 的CD8 T細(xì)胞亞群頻率。
(3)YTHDF2通過(guò)m6A依賴性RNA衰變預(yù)防T細(xì)胞線粒體功能障礙
圖3:YTHDF2通過(guò)m6A依賴性RNA衰變預(yù)防線粒體應(yīng)激和T細(xì)胞耗竭。
a. 在激活的或Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞(抗CD3/CD28,5μg/ml,24小時(shí))中的差異mRNA表達(dá)基因火山圖(每個(gè)基因型2個(gè)樣本)。顯著上調(diào)或下調(diào)的基因分別用紅色或藍(lán)色點(diǎn)表示。在RIP-seq和m6A-seq中富集的潛在YTHDF2靶標(biāo)用黃色圓圈標(biāo)記。
b. 與Ythdf2F/F CD8 T細(xì)胞相比,在Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞中上調(diào)基因的GO富集分析(抗CD3/CD28,5μg/ml,24h后)。
c. 在激活的Ythdf2F/F(5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞中線粒體膜電位和線粒體質(zhì)量通過(guò)MitoTracker Orange(MO)和MitoTracker Green(MG)染色測(cè)量。線粒體健康狀況根據(jù)MO/MG比率評(píng)估。
d. 在Ythdf2F/F(5只小鼠)或Ythdf2CKO(5只小鼠)小鼠中激活的CD8 T細(xì)胞中線粒體活性氧(ROS)通過(guò)MitoSOX染色測(cè)量。
e. 在Ythdf2F/F(5只小鼠)和Ythdf2CKO(5只小鼠)小鼠的MC38腫瘤浸潤(rùn)性CD8 T細(xì)胞中MitoSOX染色。
f. 在Ythdf2F/F(5只小鼠)或Ythdf2CKO(5只小鼠)小鼠的MC38腫瘤浸潤(rùn)性CD8 T細(xì)胞中MG的MFI定量。
g, h. 在存在10 mΜ NAC或veh的情況下,Ythdf2F/F(5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞(抗CD3/CD28,5μg/ml,48小時(shí))中Tim3+ PD-1+(g)和Zombie NIR+(h)頻率定量。
i. 熱圖顯示在激活的Ythdf2F/F和Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞中與線粒體相關(guān)且在Ythdf2CKO中上調(diào)的代表性基因相對(duì)表達(dá)。潛在的YTHDF2靶標(biāo)用實(shí)心圓表示。
(4) YTHDF2螯合IKZF1/3以調(diào)控多功能CD8 T細(xì)胞中的活性染色質(zhì)狀態(tài)
圖4:YTHDF2螯合IKZF1/3以調(diào)控多功能CD8 T細(xì)胞活性染色質(zhì)狀態(tài)。
a. 在用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))處理后,與Ythdf2F/F相比,Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞中下調(diào)基因的GO富集分析。
b. 在用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))或OVA(10nM,24小時(shí))刺激的小鼠(WT或OT-1)和人類CD8 T細(xì)胞中,YTHDF2與IKZF1或IKZF3相關(guān)聯(lián)的鄰近連接分析(PLA)分析。
c. 在用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))處理的WT CD8 T細(xì)胞中,YTHDF2與IKZF1或IKZF3相關(guān)聯(lián)的共免疫沉淀實(shí)驗(yàn)。
d. 在激活的Ythdf2F/F和Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞(抗CD3/CD28,5μg/ml,24小時(shí))之間,基因的染色質(zhì)可及性差異火山圖。
e. 在Jurkat-shCtrl(Vec)和Jurkat-shYTHDF2(KD)細(xì)胞之間,基因的染色質(zhì)可及性差異火山圖。
f, g. 使用Cistrome Data Browser獲得的小鼠T細(xì)胞中IKZF1(GSM1296538)和IKZF3(GSM803106)的ChIP-seq數(shù)據(jù)集。在IKZF1/3結(jié)合位點(diǎn)或IKZF1/3相關(guān)啟動(dòng)子上,激活的Ythdf2F/F和Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞的ATAC-seq(f)或H3K4me CUT&RUN(g)分析。
h. 在用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))處理的激活的Ythdf2F/F(n=3獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(n=3獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞中,通過(guò)RT-qPCR檢測(cè)的Stat5a(左)和Rasgrp1(右)mRNA水平。
i. 在激活的Ythdf2F/F和Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞中,Stat5a(上)和Rasgrp1(下)基因位點(diǎn)上的ATAC-seq和H3K4me CUT&RUN分析。
j. 熱圖顯示在激活的Ythdf2F/F和Ythdf2CKO CD8 T細(xì)胞中,RNA-seq數(shù)據(jù)中代表性基因(Ythdf2CKO中下調(diào))的相對(duì)表達(dá)。增強(qiáng)的染色質(zhì)可及性或潛在的IKZF1/3結(jié)合用實(shí)心圓表示。
(5)來(lái)那度胺挽救YTHDF2缺失型CD8 T細(xì)胞的多功能性
圖5:來(lái)那度胺恢復(fù)了YTHDF2缺失的CD8 T細(xì)胞的抗腫瘤功能。
a. 10 μΜ來(lái)那度胺(len)或載體對(duì)照(veh)情況下,對(duì)Ythdf2F/F(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞進(jìn)行抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))刺激,使用Click-it RNA成像分析新生RNA合成(綠色)。
b. 10 μΜ來(lái)那度胺或?qū)φ涨闆r下,對(duì)Ythdf2F/F(n=4個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(n=4個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞進(jìn)行抗CD3/CD28刺激,量化Ki-67 MFI。
c. 10 μΜ來(lái)那度胺或?qū)φ涨闆r下,對(duì)Ythdf2F/F;OT-1(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO;OT-1(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞進(jìn)行OVA(10nM,24小時(shí))刺激,使用Click-it RNA成像分析新生RNA合成(綠色)。
d. 10 μΜ來(lái)那度胺或?qū)φ涨闆r下,對(duì)Ythdf2F/F;OT-1(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO;OT-1(n=5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞進(jìn)行OVA(10nM,72小時(shí))刺激,量化Ki-67 MFI。
e. 10 μΜ來(lái)那度胺或?qū)φ障拢瑢?duì)Ythdf2F/F(n=4個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2CKO(n=4個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞進(jìn)行抗CD3/CD28(5μg/ml,48小時(shí))刺激,量化Gzm B和IFN-γ MFI。
f. 攜帶MC38腫瘤的Ythdf2F/F(n=21)或Ythdf2CKO(n=18)小鼠接受抗PD-1(250μg/只小鼠)和/或來(lái)那度胺(10mg/kg)治療,并監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)。
g. 攜帶Hepa1-6腫瘤的Ythdf2F/F(n=12)或Ythdf2CKO(n=12)小鼠接受抗PD-1(250μg/只小鼠)和/或來(lái)那度胺(10mg/kg)治療,并監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)。
h. 從攜帶Hepa1-6腫瘤的Ythdf2F/F(n=6)或Ythdf2CKO(n=6)小鼠中分離出的腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞(TILs)中,量化Gzm B+ CD8 T或IFN-γ+ CD8 T的頻率,這些小鼠接受抗PD-1(250μg/只小鼠)和/或來(lái)那度胺(10mg/kg)治療(第13天)。
(6)YTHDF2依賴于m6A結(jié)合的轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行核轉(zhuǎn)位(nuclear translocation)
圖6:m6A修飾機(jī)制調(diào)控YTHDF2的重新定位和表達(dá)。
a. 用或不用ActD(500μg/ml,4小時(shí))處理的Jurkat細(xì)胞進(jìn)行YTHDF2與IKZF3相關(guān)PLA分析。
b. 用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))刺激的Mettl3F/F或Mettl3CKO CD8 T細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中進(jìn)行YTHDF2的免疫印跡分析。
c. 在Jurkat-shCtrl和Jurkat-shMETTL3細(xì)胞中進(jìn)行YTHDF2與IKZF3相關(guān)PLA分析。
d. 用抗CD3/CD28(5μg/ml,24小時(shí))刺激的Mettl3F/F或Mettl3CKO CD8 T細(xì)胞中進(jìn)行YTHDF2與IKZF3相關(guān)PLA分析。
e. 在引入帶有Flag標(biāo)簽的野生型或突變型YTHDF2的Jurkat細(xì)胞中,進(jìn)行Flag與IKZF3相關(guān)聯(lián)的PLA分析。
f. 在METTL3敲低和對(duì)照J(rèn)urkat細(xì)胞中,有或沒(méi)有YTHDF2過(guò)表達(dá)(OE)的Ki-67 MFI的定量分析(5個(gè)獨(dú)立樣本)。
g. 在METTL3敲低和對(duì)照J(rèn)urkat細(xì)胞中,有或沒(méi)有YTHDF2過(guò)表達(dá)(OE)的新生RNA合成的Click-it RNA成像分析(5個(gè)獨(dú)立樣本)。
h. 在naïve或激活的人類T細(xì)胞(抗CD3/CD28,5小時(shí))中Ythdf2位點(diǎn)的ATAC-seq軌跡(GSE116696)。
i. 在用或不用抗CD3/CD28(5μg/ml)和ActD(500 μg/ml)刺激24小時(shí)的CD8 T細(xì)胞中,通過(guò)qPCR檢測(cè)Ythdf2 mRNA水平(5個(gè)獨(dú)立樣本)。
j. 在naïve(0小時(shí))或激活(6小時(shí))的WT(5個(gè)獨(dú)立樣本)和Ythdf2 −249(5個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞中通過(guò)qPCR檢測(cè)Ythdf2 mRNA水平。
k. Naïve Ythdf2 −249(3個(gè)獨(dú)立樣本)和WT(3個(gè)獨(dú)立樣本)CD8 T細(xì)胞用ActD(500μg/ml)處理,并在ActD處理后的不同時(shí)間點(diǎn)收集RNA。通過(guò)qPCR檢測(cè)Ythdf2 mRNA水平,并表示為轉(zhuǎn)錄抑制(TI)后剩余的mRNA。
l. 在naïve(0小時(shí))或激活(24小時(shí))的WT與Ythdf2 −249 CD8 T細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中進(jìn)行YTHDF2的免疫印跡分析。
(7)YTHDF2在人類腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞中的表達(dá)和分布。
圖7:人類癌癥中YTHDF2的表達(dá)和分布與T細(xì)胞功能相關(guān)。
a. 小提琴圖比較了根據(jù)單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)得出的高或低多功能性特征分?jǐn)?shù)的CD8 T細(xì)胞中Ythdf2基因表達(dá)水平。左圖,CRC(結(jié)直腸癌),n=10名患者。中間,PDAC(胰腺導(dǎo)管腺癌),n=20名患者。右圖,HCC(肝細(xì)胞癌),n=31名患者。
b. 小提琴圖比較了治療前后應(yīng)答和不應(yīng)答CD8 T細(xì)胞中Ythdf2基因表達(dá)水平。左圖,治療前黑色素瘤,n=19(治療前)或29(治療后)。右圖,HCC,n=31(治療后)。
c. 小提琴圖比較了接受新輔助抗PD-1治療的HCC中生成的CD8 T細(xì)胞簇中Ythdf2基因表達(dá)水平。
d-i. 來(lái)自HCC(n=45名患者,d-g)或CRC(n=30名患者,h-k)的經(jīng)治療患者的組織切片被染色為CD8(紅色)、YTHDF2(綠色)和DAPI(藍(lán)色)。
d-h. 來(lái)自HCC(d)和CRC(h)患者的切片的代表性免疫熒光圖像,顯示對(duì)新輔助化療(免疫)治療的不同反應(yīng)。虛線框表示底部單獨(dú)通道顯示的4倍放大區(qū)域。白色箭頭指向YTHDF2和CD8陽(yáng)性細(xì)胞。量化CD8 T細(xì)胞的數(shù)量(e, i),YTHDF2陽(yáng)性CD8 T細(xì)胞的頻率(f, j)以及CD8 T細(xì)胞中YTHDF2的強(qiáng)度(g, k)。CR,完全反應(yīng);PR,部分反應(yīng);SD,疾病穩(wěn)定;PD,疾病進(jìn)展。
研究小結(jié):
本研究通過(guò)RIP-seq、RNA-seq、m6A-seq、ATAC-seq等分析揭示了YTHDF2在早期效應(yīng)T細(xì)胞和效應(yīng)樣T細(xì)胞中選擇性上調(diào)和重新分布;YTHDF2缺失加劇了腫瘤進(jìn)展,并對(duì)小鼠和人類的PD-1阻斷治療無(wú)反應(yīng)性;YTHDF2通過(guò)m6A依賴性RNA衰變預(yù)防線粒體功能障礙;YTHDF2與IKZF1/3互作促進(jìn)T細(xì)胞多功能性;通過(guò)聯(lián)合使用IKZF1/3抑制劑來(lái)那度胺,可以恢復(fù)YTHDF2缺失T細(xì)胞的免疫治療效果。
本研究結(jié)果表明,YTHDF2通過(guò)協(xié)調(diào)表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)來(lái)增強(qiáng)T細(xì)胞免疫,可能為治療干預(yù)提供信息。YTHDF2表達(dá)和分布與人類腫瘤中T細(xì)胞功能相關(guān),可能作為癌癥預(yù)后的臨床指標(biāo)。
研究亮點(diǎn):
參考文獻(xiàn):
Zhang H, et al. YTHDF2 upregulation and subcellular localization dictate CD8 T cell polyfunctionality in anti-tumor immunity. Nat Commun. 2024 Nov 5;15(1):9559. doi: 10.1038/s41467-024-53997-6.