KDM5B通过招募SETDB1沉默逆转录元件来促进免疫逃逸

KDM5B promotes immune evasion by recruiting SETDB1 to silence retroelements

作者信息Shang-Min Zhang, Wesley L Cai, Xiaoni Liu, Durga Thakral, Jiesi Luo, Lok Hei Chan, Meaghan K McGeary, Eric Song, Kim R M Blenman, Goran Micevic, Shlomit Jessel, Yangyi Zhang, Mingzhu Yin, Carmen J Booth, Lucia B Jilaveanu, William Damsky, Mario Sznol, Harriet M Kluger, Akiko Iwasaki, Marcus W Bosenberg, Qin Yan
PMID34671158
期刊Nature
发布时间2021-10
DOI10.1038/s41586-021-03994-2

实验完整度

高

包含细胞实验、动物模型、临床样本分析、多种组学(RNA-seq、ChIP-seq、ATAC-seq)及功能验证(基因敲除、回补、通路抑制),验证了从表型到机制的完整链路。

主要模型

YUMMER1.7小鼠黑色素瘤细胞 YUMM1.7小鼠黑色素瘤细胞 1445小鼠黑色素瘤细胞 YUDOSO和YURIF人黑色素瘤细胞系

重点核对

KDM5B敲除效率(sgRNA/shRNA) RNA和DNA传感通路关键基因(MDA5、cGAS、MAVS、STING)的敲除 逆转录酶抑制剂(zidovudine和nevirapine)的处理浓度(20 μM)和时间(48h) MMVL30的敲低(siRNA或shRNA) IFNγ处理浓度(10 ng/ml)和时间(24h)

摘要

肿瘤利用多种策略逃避免疫监视。针对肿瘤免疫逃逸的免疫疗法,如免疫检查点阻断,已在多种癌症中显示出前所未有的疗效,但由于原发性或获得性耐药,对大多数患者无效。最近的研究表明,一些表观遗传调控因子抑制抗肿瘤免疫,提示表观遗传疗法可以增强抗肿瘤免疫反应并克服对当前免疫疗法的耐药性。在此我们表明,KDM5B(一种对黑色素瘤维持和药物耐药至关重要的H3K4去甲基化酶)的缺失会诱导强烈的适应性免疫反应,并增强对免疫检查点阻断的反应。机制上,KDM5B以不依赖去甲基化酶活性的方式招募H3K9甲基转移酶SETDB1来抑制内源性逆转录元件如MMVL30。这些逆转录元件的去抑制激活胞质RNA和DNA传感通路以及随后的I型干扰素反应,导致肿瘤排斥和免疫记忆的诱导。我们的结果表明,KDM5B通过表观遗传沉默逆转录元件来抑制抗肿瘤免疫。因此,我们揭示了KDM5B在黑色素瘤异染色质调控和免疫逃逸中的新作用,为开发靶向KDM5B和SETDB1的疗法以增强肿瘤免疫原性和克服免疫治疗耐药性开辟了新途径。

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
KDM5B如何通过表观遗传调控影响肿瘤免疫逃逸?
核心机制
KDM5B以不依赖去甲基化酶活性的方式招募SETDB1,沉默内源性逆转录元件(如MMVL30),抑制I型干扰素反应,从而促进免疫逃逸。
主要证据
KDM5B缺失导致逆转录元件去抑制,激活MDA5/cGAS-MAVS/STING介导的RNA和DNA传感通路,诱导I型干扰素反应,增强CD8+ T细胞浸润和肿瘤排斥;回补实验证实该功能不依赖KDM5B去甲基化酶活性。
研究意义
揭示KDM5B在异染色质调控和免疫逃逸中的新作用,为靶向KDM5B和SETDB1的联合免疫治疗策略提供理论基础。

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

KDM5B表达与免疫浸润及ICB反应的关联分析

评估KDM5B表达水平是否与肿瘤免疫浸润和患者对免疫检查点阻断治疗的反应相关。

利用TCGA黑色素瘤数据、抗PD-1治疗患者样本RNA-seq数据和组织芯片免疫荧光染色,分析KDM5B表达与免疫基因、T细胞浸润及治疗反应的关系。

2

KDM5B缺失对肿瘤生长和免疫记忆的影响

确定KDM5B缺失是否影响肿瘤生长,并诱导免疫记忆和抗肿瘤免疫。

在小鼠同系移植模型中,皮下注射Kdm5b−/−或对照YUMMER1.7细胞,监测肿瘤生长和生存;对排斥肿瘤的小鼠进行再攻击实验;使用Rag1−/−小鼠和CD8+ T细胞清除实验评估适应性免疫的作用。

3

KDM5B缺失诱导I型干扰素反应及RNA和DNA传感通路

探究KDM5B缺失激活I型干扰素反应所依赖的传感通路。

RNA-seq和GSEA分析鉴定Kdm5b−/−细胞中激活的通路;在Kdm5b−/−背景下敲除MDA5、cGAS、MAVS、STING等,检测ISG表达和体内肿瘤生长变化。

4

KDM5B缺失使逆转录元件去抑制

鉴定KDM5B缺失导致的逆转录元件表达变化,并验证其功能意义。

RNA-seq分析逆转录元件的表达;检测dsRNA形成;使用逆转录酶抑制剂和siRNA敲低MMVL30,评估其对ISG诱导的影响。

5

验证KDM5B募集SETDB1并依赖H3K9me3沉默逆转录元件

阐明KDM5B调控逆转录元件的分子机制,特别是SETDB1的作用。

ChIP-seq分析KDM5B、SETDB1和H3K9me3的结合;co-IP验证KDM5B与SETDB1相互作用;ChIP-qPCR检测组蛋白修饰变化;功能实验包括回补野生型或催化失活KDM5B、SETDB1敲除等。

6

评估体内抗肿瘤效果及免疫检查点阻断的协同作用

测试KDM5B缺失是否增强抗PD-1治疗的疗效。

在YUMM1.7模型中,比较野生型或Kdm5b−/−肿瘤对IgG或抗PD-1抗体的反应,监测肿瘤生长和生存。

7

人黑色素瘤细胞中的验证

验证KDM5B在人类黑色素瘤细胞中是否具有类似功能。

在人黑色素瘤细胞系YUDOSO和YURIF中敲低KDM5B,检测ERV和ISG表达,并评估RNA和DNA传感通路的作用。

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
DMEM/F12培养基ThermoFisher11320033
胎牛血清Sigma-AldrichF7524
J2抗体Jena BioscienceRNT-SCI-10010500
Alexa 555山羊抗小鼠IgGThermoFisherA21426
DAPIThermoFisherD1306
KDM5B抗体Sigma-AldrichHPA027179
S100抗体BioGenexMU058-UC
HMB45抗体BioGenexMU001A-UC
KDM5B抗体Abcamab50958
微管蛋白抗体Sigma-AldrichT5168
组蛋白H3抗体Abcamab1791
H3K4me3抗体CST9751
H3K9me3抗体CST13969
SETDB1抗体Proteintech11231-1-AP
H3K27me3抗体CST9733
G9a抗体CST68851
SUV39H1抗体CST8729
Lamin A/C抗体CST4777
Vinculin抗体Sigma-AldrichV9131
GAPDH抗体CST2118
MDA5抗体CST5321
RIG-I抗体CST5321
MAVS抗体CST4983
cGAS抗体CST31659
STING抗体CST13647
磷酸化TBK1抗体CST5483
TBK1抗体CST3504
磷酸化IRF3抗体CST4947
IRF3抗体CST4302
IRF9抗体CST28845
磷酸化STAT1抗体CST9167
STAT1抗体CST9172
IRF7抗体Thermo Fisher ScientificPA5-20280
磷酸化IRF7抗体CST24129
TLR3抗体CST6961
CD45 Pacific Blue抗体BioLegend103126
CD3 FITC抗体BD Bioscience553062
CD8 PerCP/Cy5.5抗体BioLegend100733
CD4 ACP/Cy7抗体BioLegend100414
H2-Kb/H2-Db FITC抗体BioLegend114605
Live/Dead可固定红色死细胞染色试剂盒ThermoFisherL34971
小鼠IgM-APC抗体Jackson115-136-075
CD3 APC-Cy7抗体Biolegend100221
CD8 FITC抗体ThermoFisherMA5-16759
H-2Kb MuLV p15E四聚体-KSPWFTTL-PEMBL International CorporationTB-M507-1
Live/Dead AmcyanThermoFisherL34957
齐多夫定----
奈韦拉平----
MG132----
干扰素γ----
毛壳素----
EPZ6438----
GSK343----
抗PD-1抗体(RMP1-14)Bio X Cell--
抗小鼠CD8α(2.43)Bio X Cell--
大鼠IgGInnovative ResearchIRTSDIGGGFLY100MG

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
细胞培养与敲除
细胞系来源;KDM5B敲除方法(sgRNA/shRNA)及效率;培养基和血清规格
阅读提示:Methods - Cell lines and plasmids
动物实验
小鼠品系、年龄、性别;细胞接种数量(YUMMER1.7:5×10^5,YUMM1.7:1×10^5);给药方案(抗PD-1、抗CD8);肿瘤测量和终点标准
阅读提示:Methods - Animal experiments;Figure legends(图1c-f)
RNA-seq分析
RNA提取方法;测序深度;比对和定量参数;差异表达分析软件(DESeq2)版本;重复数
阅读提示:Methods - RNA-seq analysis
ChIP-seq分析
细胞交联条件;抗体和用量;文库制备和测序平台;比对和峰调用参数
阅读提示:Methods - Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) 和 ChIP-seq analysis
ATAC-seq分析
细胞数量;Tn5转座酶反应条件;比对和峰调用参数;IFNγ处理浓度和时间(200 ng/ml,36h)
阅读提示:Methods - ATAC-seq analysis;Figure legend(图4h)
逆转录酶抑制剂处理
抑制剂名称(zidovudine、nevirapine)及浓度(20 μM);处理时间(48h)
阅读提示:Figure legend(图3c)
流式细胞术分析免疫细胞
肿瘤消化方案;抗体克隆号和稀释度;流式分析门控策略
阅读提示:Methods - Flow cytometry analysis;Supplementary Fig. 2
患者样本分析
患者队列性别、年龄、治疗史;样本类型(FFPE);KDM5B和dsRNA染色抗体及浓度;组织芯片构建和分析软件
阅读提示:Methods - Tissue microarray production, staining, and tissue cytometry analysis