CD8 CAR T细胞通过不对称细胞分裂诱导命运

Fate induction in CD8 CAR T cells through asymmetric cell division

作者信息Casey S Lee, Sisi Chen, Corbett T Berry, Andre R Kelly, Patrick J Herman, Sangwook Oh, Roddy S O'Connor, Aimee S Payne, Christoph T Ellebrecht
PMID39198645
期刊Nature
发布时间2024-09
DOI10.1038/s41586-024-07862-7

实验完整度

高

包含体外细胞实验、单细胞多组学分析、体内小鼠模型及基因敲除功能验证,多层次验证了不对称分裂及IKZF1功能。

主要模型

CD8 CAR T细胞(抗CD19或抗TCRδ) Nalm6白血病细胞系(CD19或γδTCR靶标) NSG小鼠模型

重点核对

LIPSTIC标记区分第一分裂近端与远端子代CART 近端与远端子代CART的表面蛋白质组差异(如CD8富集于远端) IKZF1敲低或敲除对远端子代CART表型和体内持久性的影响 第一分裂子代细胞的代谢表型(近端糖酵解,远端氧化磷酸化) 体内功能实验的T细胞剂量和时间点(如2.5×10^5细胞)

摘要

早期扩增和长期持久性可预测嵌合抗原受体T细胞(CART)的疗效,但控制效应与记忆CART分化的机制,以及不对称细胞分裂是否在人类CART中诱导差异性命运,仍不清楚。在此我们展示,靶标诱导的邻近标记使得能够分离第一分裂的近端子代和远端子代CD8 CART,它们不对称地分布其表面蛋白质组和转录组,从而导致不同的命运。靶标接合的CAR保留在近端子代上,其继承的表面蛋白质组类似于激活未分裂的CART,而内源性T细胞受体和CD8富集在远端子代上,其表面蛋白质组类似于静息CART,分别与糖酵解和氧化代谢相关。尽管具有记忆前体表型和体内长寿性,远端子代表现出与近端子代相似的瞬时强效细胞溶解活性,揭示了注定成为记忆CART的远端子代中的效应样状态。既有预先存在的转录物的分配,也有RNA速度的变化,共同促成了命运决定因子的不对称性,导致截然相反的转录轨迹。独立于初始、记忆或效应表面免疫表型,近端子代CART使用已知支持增殖和效应功能的核心转录因子集。相反,远端子代中富集的转录因子抑制分化并促进长寿,这通过IKZF1破坏后远端子代CART的长期体内持久性和功能减弱得到证实。这些研究确立了不对称细胞分裂作为理解CART分化机制和改善治疗结果的一个框架。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
人类CD8 CAR T细胞是否通过不对称细胞分裂产生不同命运的效应和记忆细胞,以及其分子机制是什么?
核心机制
在第一次分裂时,CART细胞通过不对称分配表面蛋白质组、转录本和转录因子活性,导致近端子代偏向效应分化,远端子代偏向记忆分化和长寿,其中转录因子IKZF1在远端子代中维持记忆潜能并抑制效应分化。
主要证据
单细胞多组学分析显示近端和远端子代表面蛋白质组和转录组不对称;功能实验表明远端子代在体内具有更长的持久性和肿瘤控制能力;IKZF1敲除或敲低削弱远端子代的持久性和功能。
研究意义
该研究为理解CART细胞记忆形成的细胞机制提供了框架,并提示通过调节靶标再刺激或IKZF1等转录因子可能优化CART治疗的结果。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

LIPSTIC标记开发与验证

建立一种靶标诱导的邻近标记方法,以区分首次分裂的近端和远端子代CART细胞。

利用sortase A介导的酶促标记,将LPETG肽特异性地转移到与靶细胞接触的CAR分子上,并通过流式细胞术和活细胞成像确认标记的极性分布。

2

近端与远端子代CART的表型和代谢特征

比较近端与远端子代CART在细胞大小、增殖、表面标志物及代谢状态上的差异。

通过流式细胞术分析细胞大小、CD25表达和增殖速率,使用Seahorse分析线粒体压力,比较近端与远端子代的糖酵解和氧化磷酸化水平。

3

体内持久性和功能评估

评估近端和远端子代CART在体内的存活、持久性和抗肿瘤效果。

将分选的近端或远端子代CART注入NSG小鼠,35天后用Nalm6细胞攻击,监测外周血T细胞数量、生物发光成像和生存率。

4

单细胞多组学分析

表征近端与远端子代CART的表面蛋白质组、转录组和TCR克隆性差异。

使用10x Genomics平台对分选的近端和远端子代CART进行单细胞RNA测序、表面蛋白(CITE-seq)和TCR测序,分析差异表达基因、表面蛋白及RNA速度。

5

转录因子功能验证

验证特异性转录因子(如IKZF1)在远端子代CART命运决定中的功能作用。

使用CRISPR-Cas9敲除IKZF1或药物lenalidomide处理,分析对远端子代CART的表型影响,并在体内评估其持久性和肿瘤控制能力。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基----
胎牛血清----
HEPES----
青霉素/链霉素----
生物素化LPETG肽LifeTein--
链霉亲和素-PE/APCBioLegend--
抗CD3/CD28磁珠Thermo Fisher--
CellTrace Violet细胞示踪染料Thermo Fisher--
LSRII、LSR Fortessa、FACSymphony A3细胞分析仪BD Biosciences--
蔡司Observer 7倒置显微镜Zeiss--
Seahorse XF96代谢分析仪Agilent Technologies--
10x Chromium10x Genomics--
NovaSeq 6000Illumina--
初始T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-097-095
抗PE多分选试剂盒Miltenyi Biotec130-090-757
LS和LD柱Miltenyi Biotec130-042-401
CD45RO微珠Miltenyi Biotec130-046-001
CD3微珠Miltenyi Biotec130-097-043
RNeasy微型试剂盒Qiagen--
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69504
兔抗IKZF1单克隆抗体Cell Signaling9034S
小鼠抗β-肌动蛋白单克隆抗体Cell Signaling3700S
数字抗兔HRPKindle BiosciencesR1006
数字抗小鼠HRPKindle BiosciencesR1005
来那度胺MedChemExpressHY-A0003
CD8-APCH7抗体BD Biosciences561423
CD4-BUV805抗体BD Biosciences612887
CD45RA-BUV395抗体BD Biosciences740298
CD45RO抗体BioLegend304234
CD25-BV711抗体BioLegend356138
CD62L-PE抗体BioLegend304840
CD8-APC/Cy5.5抗体SouthernBiotech9536-18
CD4-PE/Cy5.5抗体SouthernBiotech9522-16
CD3-BV605抗体BioLegend317322
CD19-APC抗体BioLegend302212
CD45RO-BV785抗体BioLegend304234
TCRα/β-BV421抗体BioLegend306722
CD45-PECy7抗体BioLegend393408
Trucount管BD Biosciences--
CountBright Plus绝对计数微球Thermo Fisher--
Lenti-X 293T细胞Takara--
Lonza 4D核转染仪Lonza--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
LIPSTIC标记
LPETG肽浓度(100 μM)、靶细胞上sortase连接靶蛋白表达、CART与靶细胞比例(0.3:1-4.25:1)、共孵育时间(72小时)
阅读提示:Methods: LIPSTIC assay
细胞功能与代谢分析
近端与远端子代CART的细胞数量(1.5×10^5/孔)、代谢分析试剂浓度(oligomycin 1.5μM, FCCP 1.5μM, rotenone 40nM, antimycin A 1μM)
阅读提示:Methods: Metabolic analysis
体内持久性实验
NSG小鼠品系、CART注射剂量(2.5×10^5细胞/小鼠)、Nalm6挑战时间(35天)和剂量(1×10^6细胞/小鼠)
阅读提示:Methods: In vivo studies(功能持久性实验部分)
单细胞测序
分选细胞数量(1.5×10^5)、载荷数(10,000)、TotalSeq-C抗体浓度、测序深度(150×2循环)
阅读提示:Methods: Single-cell multiomic analysis
IKZF1功能实验
CRISPR-Cas9电穿孔参数(50pM Cas9, 100nM gRNA)、lenalidomide浓度(0.1μM)
阅读提示:Methods: 基因敲除和药物处理部分(Lentiviral constructs and production, in vitro transcription, cell lines and cell culture; LIPSTIC assay)