基因筛选揭示TRIM33在树突状细胞分化中的关键作用
全基因组筛选识别TRIM33作为树突状细胞分化的关键调节因子
背景介绍
树突状细胞（Dendritic cells，DCs）在先天和适应性免疫之间起桥梁作用，通过模式识别受体（如TLRs）识别病原体，并调控抗原特异性T细胞反应。树突状细胞主要分为两类：产生干扰素的浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid DCs，pDCs）和抗原呈递的常规树突状细胞（conventional DCs，cDCs）。pDCs通过内体TLRs（TLR7和TLR9）识别病原体衍生的核酸并快速产生I型干扰素和其他细胞因子，而cDCs具有高水平的主要组织相容性复合物（MHC）II类分子和抗原呈递机器，可以有效地激活初始的抗原特异性T细胞。cDCs进一步分为能够交叉呈递抗原给CD8+ T细胞的CDC1和专门呈递外源性抗原给CD4+ T细胞的CDC2。
所有的DCs均为短寿命的髓样细胞，通过Flt3配体（FLT3L）驱动在骨髓中持续产生。其受体FLT3在多能造血前体细胞和所有成熟DC上均有表达。但是，Flt3L信号驱动的具体分子机制尚不完全清楚，如何细化FLT3L信号以平衡前体细胞增殖和DC分化，仍是未解之谜。
论文来源
本文由Ioanna Tiniakou及同事撰写，研究团队成员来自New York University Grossman School of Medicine、Humboldt Universität zu Berlin等机构，于2024年4月12日发表在《Science Immunology》期刊上，论文标题为“Genome-wide screening identifies TRIM33 as an essential regulator of dendritic cell differentiation”。
研究流程
全基因组筛选
为探讨FLT3L驱动的DC分化机制，研究者使用条件性永生化的Hoxb8-FL细胞系，这些细胞在雌激素和FLT3L的存在下保持未分化状态，可以产生所有髓细胞和DC亚群。通过移除雌激素并在FLT3L存在下培养，Hoxb8-FL细胞在7天内可分化为功能性pDCs和cDCs。
研究者进行了CRISPR-Cas9基因敲除筛选，利用“BriE”sgRNA文库，靶向~19,600个小鼠基因。转导后的细胞在FLT3L和雌激素条件下扩增，获得初始前体细胞样本，然后除去雌激素使其分化为DC亚群。最后，研究者通过基因组测序分析各样本的sgRNA含量，使用”crisptimer”算法识别基因敲除突变体。
筛选结果表明，多个基因在DC分化中起重要作用，包括TSC和GATOR1复合物的亚基，它们通过抑制mTOR信号来限制前体细胞增殖，从而促进DC分化。研究还发现，转录抑制因子TRIM33是DC分化的关键调节因子。对于有条件的体内靶向实验，在小鼠中删除TRIM33导致所有DC亚群（包括pDCs和cross-presenting CDC1亚群）的显著减少，而对单核细胞或粒细胞没有影响。
进一步验证
研究者进一步探讨了mTOR信号在DC分化中的作用。结果显示，TSC和GATOR1复合物通过限制mTOR活性，扮演了“开关”角色，调节FLT3L驱动的前体细胞扩增与DC分化之间的转换。研究者通过使用TOR抑制剂Torin1和雷帕霉素来验证这点，发现它们在不同浓度下完全抑制了未分化Hoxb8-FL细胞的生长，却不抑制DC的分化。
最后，研究团队还使用另一sgRNA库进行了转录因子筛选，进一步确认了FLT3L驱动的DC分化调节因子，特别是TRIM33。通过条件性Trim33删除小鼠的体内实验，研究者证实Trim33是所有主要DC亚群的必需调节因子。
研究结果
识别基因调控因子：全基因组筛选识别出多个调控FLT3L驱动DC分化的基因，包括TSC和GATOR1复合物的亚基，这些亚基通过抑制mTOR信号来促进DC分化。此外，发现在DC分化过程中，TRIM33起到重要作用。
体内验证：在小鼠模型中，通过有条件地删除Trim33，观察其对DC亚群的影响，结果显示Trim33删除导致所有DC亚群显著减少，而对单核细胞或粒细胞没有影响。
mTOR信号研究：研究进一步探讨了mTOR信号在DC分化中的作用，发现TSC和GATOR1复合物通过限制mTOR活性实现了前体细胞扩增与DC分化的调节。
转录因子筛选：通过额外的sgRNA库筛选，进一步确认了TRIM33在FLT3L驱动的DC分化中的关键作用。
研究结论
研究揭示了FLT3L驱动的DC分化过程中的分子机制，特别是TSC和GATOR1通过抑制mTOR信号在DC分化中的“开关”作用。研究还确认了TRIM33作为DC分化的关键调节因子，突显了其在DC分化中的重要性。这些发现为进一步理解FLT3L信号如何在树突状细胞和其他髓样细胞的生成中发挥不同作用提供了重要线索。
研究意义与价值
科学意义：研究识别了多个关键基因及其在FLT3L驱动的DC分化中的作用，揭示了DC分化的分子机制，特别是mTOR信号在这一过程中所扮演的重要角色。
应用价值：研究确认的TRIM33和其他调控基因为未来开发调控DC分化的治疗手段提供了潜在靶点，具有重要临床应用价值。
创新性：研究使用全基因组CRISPR-Cas9筛选方法，从广泛的基因谱中识别关键调节因子，同时通过条件性基因敲除小鼠验证了这些发现的有效性。
本研究为理解树突状细胞分化提供了新的见解，并为未来研究和临床应用指出了重要方向。