Phenotypic, Functional and Transcriptional Heterogeneity in T Cell Exhaustion

T 细胞耗竭中的表型、功能和转录异质性

基本信息

  • 批准号:
    10428867
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-12-16 至 2024-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT T cell exhaustion is a differentiation state that is marked by the loss of effector function and increased expression of inhibitory receptors such as PD-1. Although virus-specific CD8 T cells are commonly considered as a homogeneous population that gradually become exhausted over time, recent research has clearly demonstrated that a CXCR5hi TCF-1hi subset is serving as a self-renewing progenitor population that can give rise to a more terminally exhausted CXCR5lo TCF-1lo subset. To better dissect the heterogeneity of “exhausted” CD8 T cells, the lab applied single cell RNA-seq (scRNA-seq) to the chronic LCMV infection and identified three major subsets of virus-specific CD8 T cells that are phenotypically, functionally and transcriptionally distinct. Not only had the lab validated the existence of these subsets of T cells experimentally by flow cytometry, more advanced computational analyses were also performed to further predict their core transcriptional networks and developmental trajectories. Collectively, the findings reveal that a TCF-1hi progenitor subset can give rise to either a truly exhausted PD-1hi subset or a newly identified functional effector population that is named CX3CR1hi subset. This discovery laid a solid framework that allows testing of how extracellular signals and intrinsic genetic circuits regulate the formation and function of these three subsets of CD8 T cells. More importantly, it provides unprecedented opportunities to explore the possibility of generating more functional CX3CR1hi cells from TCF-1hi progenitors to overcome T cell exhaustion. This conceptual breakthrough is obviously applicable to control over chronic viral infection as well as cancer. Intriguingly, the preliminary study has also demonstrated that CD4 helper T cells, possibly through producing IL-21, are critical for TCF-1hi  CX3CR1hi transition. This led to the hypothesis that inflammatory cytokines (such as CD4- derived IL-21) modulate the cellular, functional and transcriptional diversity of virus-specific CD8 T cells during chronic LCMV infection. Blocking antibodies, RNA interference and genetic deletion models will be used to further dissect how inflammatory cytokines and transcriptional networks regulate heterogeneity in T cell exhaustion. Furthermore, the lab proposes to redirect CD8 T cell differentiation away from “exhaustion” by providing additional “CD4 help”, either alone or in combination with PD-1 blockade. The lab will test if providing IL-21 producing CD4 T cells through adoptive transfer could drive TCF-1hi progenitor cell differentiation into functional CX3CR1hi effector cells. Overall, knowledge gained from this research will provide mechanistic insights into how to redirect the formation of functional effector T cells and simultaneously limit T cell exhaustion for improved viral control over chronic infection.
抽象的 T细胞耗尽是一种差异态,以效应子功能损失和增加为标志 抑制受体(如PD-1)的表达。尽管通常认为病毒特异性的CD8 T细胞 作为一个同质人群,随着时间的流逝逐渐变得精疲力尽,最近的研究显然已经 证明CXCR5HI TCF-1HI子集正在用作自我更新的祖先人群 上升到更耗尽的CXCR5LO TCF-1LO子集。更好地剖析“疲惫”的异质性 CD8 T细胞,实验室将单细胞RNA-Seq(SCRNA-Seq)应用于慢性LCMV感染并鉴定 病毒特异性CD8 T细胞的三个主要子集,它们在功能上和转录上是表型的 清楚的。实验室不仅通过流动证实了这些T细胞的这些子集的存在 还进行了细胞仪,更先进的计算分析以进一步预测其核心 转录网络和发展轨迹。共同发现,发现TCF-1HI 祖细胞子集可以引起真正耗尽的PD-1HI子集或新鉴定的功能效应器 命名为CX3CR1HI子集的人群。这一发现奠定了一个可靠的框架,可以测试如何 细胞外信号和内在遗传回路调节这三个子集的形成和功能 CD8 T细胞。更重要的是,它提供了前所未有的机会来探索产生的可能性 来自TCF-1HI祖细胞的更多功能性CX3CR1HI细胞克服T细胞耗尽。这个概念 突破显然适用于控制慢性病毒感染和癌症。有趣的是, 初步研究还表明,通过产生IL-21可能的CD4辅助T细胞至关重要 对于TCF-1HICX3CR1HI过渡。这导致了炎性细胞因子(例如CD4-)的假设 衍生的IL-21)调节病毒特异性CD8 T细胞的细胞,功能和转录多样性 慢性LCMV感染。阻断抗体,RNA干扰和遗传缺失模型将用于 进一步剖析炎症细胞因子和转录网络如何调节T细胞中异质性 精疲力尽。此外,实验室提议将CD8 T细胞重新定向与“精疲力尽”的区分。 单独或与PD-1封锁结合使用其他“ CD4帮助”。实验室将测试是否提供 通过自适应转移产生CD4 T细胞的IL-21可以将TCF-1HI祖细胞分化驱动到 功能性CX3CR1HI效应细胞。总体而言,从这项研究中获得的知识将提供机理 深入了解如何重定向功能效应t细胞的形成,而只是限制T细胞 精疲力尽,改善对慢性感染的病毒控制。

项目成果

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