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Lectura de literatura unicelular 001: Programa inmunológico contra el cáncer mediado por células T autorreactivas tipo Inn

Título: Proyecto de inmunidad contra el cáncer mediada por células T autorreactivas tipo Inn.

Fecha de publicación y revista: Publicado en la revista "Nature" el 20 de abril de 2022.

Factor de impacto: 2020/2021: 49.962

Contenido principal: Se descubrió un nuevo tipo de célula T negra de tipo innato (ILTCK) en el modelo de cáncer de mama en ratón (PyMT).

Características de esta célula:

1. La expresión del receptor de células T (TCR) es similar a las células T CD8 tradicionales, pero su activación no depende de las células dendríticas (DC). , lo que los acerca a los linfocitos innatos.

2. A diferencia de las células T CD8 tradicionales, ILTCK no expresa receptores inmunosupresores como el PD-1, por lo que no entrará en un estado de agotamiento celular, pero es más citotóxico para las células tumorales.

3. La mayoría de las células T tradicionales reconocen nuevos antígenos tumorales, mientras que ILTCK reconoce antígenos tumorales primarios y tiene una residencia tisular significativa.

Resultados de la investigación:

1. Los ILTCK tienen un transcriptoma único.

Para estudiar la heterogeneidad entre las células T infiltrantes de tumores, analizamos células CD45+TCRβ+CD8α+ en tejidos tumorales mamarios de ratones MMTV-PyMT mediante secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq), 5 diferentes Se obtuvieron conglomerados. Los principales genes marcadores son los siguientes:

Para una mayor inferencia de trayectoria, observamos una gran mezcla de células ingenuas/recientemente activadas (C1) y células agotadas (C2) (Fig. 1d,e), lo que refleja un estímulo crónico. impulsar cambios fenotípicos. Por el contrario, las células αβILTCK (C3) y en proliferación (C5) se separaron aún más de C1 (Fig. 1d, E). Después de corregir los "efectos del ciclo celular", la trayectoria hipotética de la transición recientemente activada a αβ ILTCK permaneció distinta de las vías de diferenciación de células T recientemente activadas y agotadas (Datos ampliados, Fig. 2a, B). Por lo tanto, las células C1 dan lugar a células C3 a través de una vía de diferenciación única o no son sus progenitoras. Se observaron repetidamente células T CD8α+ similares a c3 infiltrantes de tumores con alta expresión del gen αβILTCK en tumores mamarios PyMT y modelos de cáncer de próstata en ratones (Datos ampliados, figuras 2c-h) y cáncer colorrectal humano 4 (Datos ampliados, figuras 2i-k) Grupos celulares. * * * Indica que el programa de diferenciación de αβILTCK representa una respuesta inmune provocada por tumores conservados evolutivamente.

2.ILTCKtcr puede reconocer antígenos tumorales sin mutación.

Para explorar las diferencias entre NK 1.1+CD8α+αβil TCS donde residen los tumores y las células T tradicionales PD-1+CD8α+ (células T PD-1+), obtuvimos cada subpoblación Mapa de secuencias de TCR emparejadas utilizado en (Datos ampliados, Figura 3A, Tabla complementaria 65438+). Es de destacar que no detectamos ningún par de TCR utilizado por las células T NK 1.1+αβIL TCS y PD-1+, lo que sugiere que no se desarrollan a partir de las mismas células progenitoras. .

Para determinar la especificidad de los TCR en cada subgrupo, utilizamos un sistema de ensayo de indicador de TCR mejorado para analizar sus respuestas a las células cancerosas primarias PyMT (Fig. 2b, Datos ampliados, Fig. 3c, Tabla complementaria 2). Entre los 33 TCR derivados de NK1.1 + αβILTCK, 26 (78,8%) mostraron una reactividad significativa contra células cancerosas xenogénicas (Fig. 2c). La tabla muestra que reconocen antígenos no mutados compartidos por células cancerosas de múltiples ratones. Por el contrario, ninguna de las respuestas de TCR derivadas de células T PD-1+ excedió los niveles de fondo establecidos por OT-ITCR irrelevante (Fig. 2c), lo que implica que respondieron a neoantígenos específicos de tumores individuales.

Esta capacidad de respuesta se pierde cuando las células cancerosas carecen de los genes codificadores del MHC-I clásico (H2-K1 y H2-D1) o de la subunidad específica B2m de todas las moléculas del MHC-I.

Esto sugiere que los αβILTCKTCR, al igual que sus homólogos de células T CD8+, están restringidos principalmente al MHC-I clásico.

Para probar si los αβILTCKTCR reconocen moléculas de MHC-I independientemente de la secuencia peptídica, utilizamos células cancerosas de tumores PyMT. La línea carece del transportador peptídico del retículo endoplásmico TAP1 y, por lo tanto, tiene niveles de MHC-I en la superficie apenas detectables (Datos ampliados, figura 4f). La expresión estable de MHC-I del péptido Siinfekl no fue suficiente para activar los TCR αβILTCK (Datos ampliados, Fig. 4g, h), lo que indica que estos TCR reconocen complejos péptido-MHC-I específicos pero no la molécula de MHC-I en sí.

3.Las ILTCK son una elección dolorosa

Para estudiar si las células T CD8+ tradicionales pueden producir NK1.1+αβILTCK, utilizamos αβILTCK derivadas de células T CD8+. El TCR reemplazó al TCR reordenado endógenamente (Datos ampliados, figuras 5a-e). Después de la transferencia adoptiva a ratones receptores con tumores (Fig. 2d), las células T CD8 + que expresan TCR derivado de αβILTCK mostraron una regulación positiva de PD-1, pero no de NK1.1 (Fig. 2e, f, Datos ampliados, Fig. 5f). Además, las respuestas de células T CD8+ convencionales requieren células dendríticas tipo 1 convencionales (cDC1) dependientes de BATF3 e irf8 para iniciarse, mientras que las respuestas de NK1.1+αβILTCK en tumores son independientes de las cDC1 (Datos ampliados, Figura 6). Estos hallazgos indican que αβil TCS son independientes del inicio mediado por células dendríticas en órganos linfoides secundarios y tienen una ontología distinta de las células T CD8+ convencionales. De hecho, durante el desarrollo de timocitos que expresan αβIL TCR, se generaron de forma continua y específica células NK 1.1 + αβIL TCC pero no PD-1 + (Fig. 2g – i, Datos ampliados Fig. 7a – c). Por lo tanto, las células NK1.1+αβILTCK y PD-1+T representan dos opciones de destino celular mutuamente excluyentes. Durante el desarrollo de los timocitos, cualquier linaje celular puede surgir de manera específica de TCR.

Sin embargo, los timocitos con bibliotecas de TCR policlonales produjeron principalmente células T CD4 o CD8 positivas simples (Fig. 3a, B), mientras que los timocitos con αβILTCKTCR monoclonal solo produjeron células CD4-/loCD8-/lo (Fig. 3a, B, Datos ampliados Fig. 7d, E). Hasta la fecha, todas las células T TCRαβ+ conocidas pasan por una fase doble positiva CD4+CD8+ en el timo. Como se esperaba, las células T NK 1.1+αβil TCS y PD-1+ (pero no las células B CD19+) fueron localizadas uniformemente por el alelo Rorc-cre, que es transitoriamente activo en los timocitos CD4+CD8+ (Figura de datos ampliada 7f,g). Sin embargo, en comparación con otras células T innatas, como las células T asesinas naturales invariantes (iNKT), no existe un mapa de destino para ZTB16-CRE.

Después de la selección positiva, los timocitos CD4+CD8+ expresan transitoriamente niveles bajos de EP - 1. Por el contrario, los timocitos que expresan αβILTCK-TCR mantuvieron una alta expresión de PD-1 (Datos ampliados, Fig. 7j, k), lo que indica que tienen una fuerte historia de estimulación de TCR. De hecho, 23 de 33 TCR derivados de αβILTCK (69,7%) mostraron una reactividad sustancial contra líneas celulares epiteliales del timo, y sus niveles excedieron los de OT-ITCR, lo que impulsó la positividad de la selección de células T CD8+ convencionales (Datos ampliados, Figura 7l, datos no). mostrado). Estos hallazgos sugieren que una fuerte autorreactividad impulsa el compromiso con el linaje αβ ILTCK, similar al proceso de selección de "agonistas" que especifica el destino de las células iNKT y los linfocitos intraepiteliales intestinales (IEL).

Para distinguir el papel del estroma hematopoyético y radiorresistente en la mediación de la selección de αβILTCK, generamos ratones TCR-"retro" utilizando ratones de tipo salvaje o B2m-/- como receptores. La luz de las células progenitoras tímicas αβ ILTCK de los receptores B2m-/- no cambió (Datos ampliados, Fig. 7m), pero solo disminuyó ligeramente con la ablación de B2m en la luz hematopoyética y disminuyó significativamente con la ablación de B2m (Datos ampliados, Fig. 7n). Por tanto, la señal de selección del agonista para αβil TCS es proporcionada de forma redundante por compartimentos intersticiales hematopoyéticos radiosensibles y radiorresistentes.

4.Los ILTCK continúan regenerando tumores

Tumores en regeneración continua

Una gran cantidad de timocitos que portan αβILTCK-tcr** coexpresan PD-1 y CD122 (Figura de datos ampliados 7j, k), que recuerda a los progenitores tímicos comprometidos con IEL. De hecho, además de los TCC de αβIL en los tumores, los timocitos que expresan αβIL TCR también se diferenciaron en IEL intestinales, y ambas poblaciones expresaron homodímeros CD8αααα (Datos ampliados, figuras 8a-c). En ratones con tumores linfocitopénicos transferidos adoptivamente, los progenitores de timocitos policlonales TCRβ+CD4-/loc D8-/LoPD-1+CD122+ generaron αβil TCS intratumoral y IEL intestinales (Fig. 3c, D, Datos ampliados, Figura 8d, E). Sin embargo, en ratones enriquecidos con linfocitos, las células progenitoras αβILTCK e IEL se trasplantaron a tumores pero no al intestino delgado (Fig. 3c, D). Para explorar más a fondo la dinámica de αβILTCK y la regeneración de IEL intestinal en tumores, utilizamos el alelo Fgd5-creER-Rosa26LSL-tdTomato, en el que el tamoxifeno marcó con pulsos algunas células madre hematopoyéticas que podrían rastrear de manera estable a su descendencia (Datos ampliados, figura 8f). ¿En Lin? - La eficiencia de etiquetado de las células madre de médula ósea KIT+SCA1+ fue del 20 %, y aproximadamente el 3 % de los progenitores αβ ILTCK/IEL del timo se localizaron fatalmente, similar a los compartimentos de células CD4+CD8+, CD4 o CD8 haplopositivas y iNKT en ratones adultos (Datos ampliados Figura 8g-i). Por el contrario, la capacidad de etiquetado de los IEL CD8αα+ del intestino delgado fue insignificante (Datos ampliados, Figura 8k, L), lo que demuestra que la siembra temprana y la proliferación in situ son los medios principales para mantener su población. Por lo tanto, el compartimento αβILTCK en los tumores, en lugar de. El compartimento IEL en el intestino se repone constantemente con células progenitoras del timo.

5. La expresión de FCER 1g marca el linaje ILTCK.

Para comprender mejor las características del linaje ILTCK, comparamos las células T NK1.1+αβILTCK y PD-1+ infiltrantes de tumores con sus respectivos progenitores tímicos (Datos ampliados, figura 9a). Los genes regulados positivamente en los progenitores αβILTCK pero reprimidos en los progenitores maduros se enriquecieron en genes relacionados con la estimulación antigénica, incluido el programa Tox-Pdcd1 (Datos ampliados, figura 9b, tabla complementaria 3), lo que refleja eventos de selección de agonistas. La regulación negativa de Lat y Cd2 en los progenitores de αβILTCK puede inhibir la señalización de TCR, lo que hace que la αβil Tck madura sea menos susceptible al agotamiento (Datos ampliados, figura 9c, tabla complementaria 3). En particular, los genes que codifican muchos receptores NK y moléculas de señalización estaban regulados positivamente en los progenitores de αβILTCK (Datos ampliados, figura 9d, tabla complementaria 3) y permanecieron altamente expresados ​​en NK1.1+αβILTCK maduros8. Por el contrario, las vías relacionadas con la diferenciación de efectores terminales y la programación de residencia tisular, incluidas Gzmc, Itga1 e Itgae, pueden adquirirse en respuesta a señales específicas en el microambiente tumoral local (Datos ampliados, figura 9e, tabla complementaria 3).

Si bien los progenitores de αβILTCK comprometidos con la transferencia adoptiva continúan produciendo NK1.1+αβILT CK, una proporción significativa de ellos son NK 1.1? células (Fig. 3c). Es poco probable que esto sea el resultado de una heterogeneidad preexistente de TCR entre los progenitores de αβ ILTCK, ya que los timocitos que expresan TCR monoclonal también producen NK1.1? y el subgrupo NK1.1+ (Fig. 2g – i, Datos ampliados Fig. 7b, c). En comparación con las células T PD-1+, las células NK1.1- son más similares transcripcionalmente a las αβILTCK NK1.1+ (Datos ampliados, figura 9f), pero sus progenitores enriquecidos con αβILTCK de timocitos tienen una mayor expresión de transcripciones, incluido PDCD65438+. Cuando se adquirió NK1.1, los genes relacionados con la diferenciación efectora terminal, incluido Gzmc, se regularon positivamente (Tabla complementaria 4). Por lo tanto, el marcado con NK1.1 activa αβILTCK, que puede no identificar todos los linajes de células αβILT CK en los tumores.

Los experimentos de ScRNA-seq muestran que Fcer1g se expresa diferencialmente en el grupo αβILTCK definido transcripcionalmente (C3) (Figura de datos ampliados.

1, 9g, h) y marcó una subpoblación C3 cuya transcripción fue similar a la αβil TCS de ratón en tejido tumoral de pacientes con cáncer colorrectal (Datos ampliados Fig. 2i – k, 9i). Estas observaciones sugieren que Fcer1g puede ser una marca conservada que define el linaje αβILTCK. De hecho, la proteína FCER1G tiene un compromiso regulado positivo con los progenitores αβILTCK tímicos PD-1hiCD122hi, pero no en células CD8 positivas únicas y continúa expresando NK 1.1αβILTCks infiltrantes de tumores pero no células T PD-1+ (¿CD4 ampliada aumentada? El mismo tipo que Progenitores αβILTCK e IEL que coexpresan CD122 y PD-1* *(Figura 1) En las células T infiltrantes de tumores, FCER1G+CD122+ la mayoría de ellos regulan positivamente los homodímeros CD8αα (Datos ampliados Fig. 9l, M) y la falta de expresión de PD-1 (Fig. 4a,b). En particular, las células T NK1g+CD122+ también contienen NK1.1+GZMB+/?αβILTCK y su NK1.1?GZMB inmaduro. Por lo tanto, la expresión de FCER1G reconoce completamente el TCS αβil invasivo. Independientemente de su estado de activación, en pacientes con cáncer de colon, las células FCER1G+TCRβ+ también son abundantes en los tejidos tumorales. Fácilmente detectables (Datos ampliados, Figura 9n), su perfil de expresión del receptor *** es similar al de los ratones (Datos ampliados, Figura 9n). , o), las células T FCER1G+ están enriquecidas en tejido tumoral en comparación con el colon normal adyacente (Figura 4c, D), expresan niveles más altos de GZMB que PD-1+ (Figura 4e, en conjunto, estos hallazgos identifican a FCER1G como un linaje). marcador que define para αβILTCK y demuestra que el programa αβILTCK es representativo de las respuestas inmunitarias inducidas por tumores tanto en ratones como en humanos

6. ILTCK puede diseñarse para la terapia contra el cáncer

Consistente con Estudios previos de que NK 1.1 + αβILTCK dependen críticamente de la proinflamación. Para la citoquina IL-15, observamos una ausencia casi completa de progenitores tímicos de αβIL Tck FCER1G + CD122 + en ratones con deficiencia de Il15 (Figura 5a). expresada tanto en tejidos linfoides como no linfoides, aún se desconoce la fuente exacta de IL-15 que impulsa la expansión y activación de αβIL TCS en tumores. La eliminación de Il15 en líneas celulares hematopoyéticas no atenúa las respuestas de αβILTCK inducidas por tumores (datos no mostrados) en comparación con. tejido mamario sano En comparación con lo anterior, la expresión de IL-15 aumentó significativamente en las células epiteliales mamarias transformadas (Fig. 5c) también se detectó fácilmente en células epiteliales tumorales de pacientes con cáncer de colon (Información ampliada, Fig. 10a). si bien la frecuencia de FCER1G+ no fue PD -1+, las células T se correlacionaron positivamente con los niveles de IL-15 (Figura 5d, Datos ampliados, Figura 65438)

Para investigar si la IL-15 expresada por las células cancerosas regula. Respuestas de αβILTCK, utilizamos ratones s 100 A8 -CRE-IL 15FL/FLPYMT. En estos ratones, la IL 15 se eliminó durante la transformación, pero no en las células epiteliales mamarias sanas (Datos ampliados, Figura 10c, datos de progenitores 1g+CD 122+αβIL TCK en s 100 A8-CRE-IL. Los niveles fueron similares en ratones 15FL/FLPYMT ( Fig. 5e, F). En particular, la infiltración tumoral de αβIL TCS y NK1 se redujo significativamente en los ratones s100A8-CRE-IL 15FL/FLPYMT en comparación con los controles. La expresión de .1 y GZMB se redujo significativamente en los αβIL TCS restantes (Fig. 5e, F). En particular, s 100 ratones A8-CRE-IL 15FL/FLPYMT mostraron un crecimiento acelerado de tumores en comparación con los controles de tipo salvaje (Figura 5g). Monitoreo inmunológico.

En particular, la IL-15 fue suficiente para inducir la regulación positiva de NK1.1 y GZMB y la regulación negativa de PD-1 en células progenitoras αβILTCK tímicas (Datos ampliados, Figura 10d). Para probar si la activación ectópica de la señalización de IL-15 puede inhibir el desarrollo tumoral en progenitores αβ ILTCK transferidos adoptivamente, purificamos progenitores αβ ILTCK de timocitos de ratones UBC-Creer-Rosa 26 lsl-stat 5b-CA/+. Entre ellos, el tamoxifeno induce la expresión del factor de transcripción STAT5B (STAT5B-CA), que coordina principalmente IL-65438+. La expresión inducida de STAT5B-CA dio como resultado una proliferación 60 veces mayor de las células transferidas después de la transferencia adoptiva a ratones con deficiencia de linfocitos, y NK1.1 y PyMT aumentaron uniformemente durante cuatro semanas (Datos ampliados, figuras 10f-i). Es importante destacar que los ratones armados con STAT5B-ca mostraron una inhibición significativa del crecimiento tumoral en comparación con los αβ ILTCK de control o los ratones sin transferencia celular (Datos ampliados, figura 10j).

Cuando se transfieren de forma adoptiva a huéspedes PyMT cargados de linfocitos, las células progenitoras αβILTCK equipadas con STAT5B-ca pueden colonizar fácilmente los tejidos tumorales y experimentar una fuerte expansión y diferenciación efectora, lo que lleva a una disminución del crecimiento del tumor (Fig. 5h-j, Datos ampliados Fig. 10k). Por el contrario, la transferencia adoptiva de células T tímicas CD8 positivas únicas del brazo STAT5B-ca no mostró injerto ni diferenciación, posiblemente debido a la baja frecuencia de clones reactivos al tumor y la falta esperada de cambios en el crecimiento del tumor (Fig. 5h- j). Por lo tanto, el eje de señalización de IL-15 en αβILTCK podría ser un sustrato potente y utilizable para desarrollar terapias contra el cáncer.

Discusión

En este estudio, establecimos el programa FCER1G+αβILTCK como una respuesta de células T inducida por tumores única y evolutivamente conservada e identificamos que la IL-15 es un impulsor necesario y suficiente de sus efectos antitumorales. Debido a que FCER1G proporciona motivos de activación esenciales para múltiples receptores NK, cuando los receptores NK están regulados positivamente en tejidos tumorales, su expresión temprana en los progenitores αβILTCK de timocitos puede promover la rápida adquisición de sus funciones efectoras. Aunque FCER1G también marca específicamente un subconjunto de células similares a ILTCK αβ infiltrantes de tumores humanos, la exposición prolongada a IL-15 induce FCER1G32 en un subconjunto de células T CD8+ humanas circulantes. Posiblemente, la expresión de FCER1G pueda estar regulada más dinámicamente en αβil TCS humano que en αβil TCS de ratón. Además, FCER1G puede marcar otros linajes además del αβILTCK humano, cuya solución espera más estudios. Aunque los TCR reactivos a tumores se expresan de forma ubicua, la citotoxicidad de las αβILTCK8 activadas por IL-15 es prescindible.