Role of metabolic crosstalk in determining immunity during tumor progression

代谢串扰在肿瘤进展过程中决定免疫的作用

基本信息

  • 批准号:
    10718070
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-14 至 2028-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Tumor cells and infiltrating immune cells co-evolve during the course of tumor progression, with the immune system progressively losing its efficacy as tumors advance. Immune cells are highly dependent on cellular metabolism to manifest their effector functions, but in the tumor microenvironment (TME), ‘metabolic competition’ with rapidly proliferating cancer cells leads to nutrient deprivation alongside increased metabolic waste, both of which negatively impact immune cell function. Moreover, ‘metabolic symbiosis’ between cancer and immune cells can promote the acquisition of suppressive immune cell phenotypes, ultimately disfavoring anti-tumor immunity. These dynamic metabolic interactions are shaped by the niches occupied by cells within the TME. Thus, the metabolic cross talk between tumor and immune cells over the course of tumor progression can be a major determinant of immune cell function and, consequently, response to immune-targeted therapies. Unfortunately, the study of immune cell metabolism and crosstalk in the TME has been very challenging due to reliance on methods that analyze metabolism in bulk cell populations, which obscures individual cellular diversity, difficulties in predicting downstream outcomes of metabolic perturbations because of the complexity of the metabolic network, and the lack of tools to map metabolic alterations in situ. To overcome these challenges, we developed Compass, a flux balance analysis (FBA) algorithm that applies a network-based analytical approach to single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data to predict metabolic states of individual cells in tissue1. We have applied Compass as well as standard computational methods to the analysis of longitudinal scRNA-seq data from a pre-clinical murine model of melanoma with the goal of determining the temporal- and tumor-size- based metabolic alterations in both tumor and infiltrating immune cells during tumor progression. Our preliminary data indicate that polyamine metabolism is a key hub of metabolic crosstalk between tumor and immune cells that are either static or dynamic over the course of melanoma tumor progression and that may occupy distinct tissue niches. We find that CD4+ regulatory T cells (Treg), exhausted CD8+ T cells, and suppressive myeloid cells upregulate spermine/spermidine acetyltransferase (Sat1), which catalyzes acetylation of polyamines, with tumor progression. Conversely, a subset of c-Met+ melanoma cells that has features of stemness is high for polyamine recycling genes. Based on these observations, we hypothesize that that systems-based analysis of the alterations and crosstalk involving polyamine metabolism in tumor and immune cells during tumor progression will uncover novel means for therapeutic intervention. We propose to: 1) Dissect the functional role of polyamine metabolism in immune cells and tumor cells during tumor progression; 2) Construct a high resolution spatial map of tumor:immune metabolic crosstalk via the polyamine pathway.
项目概要 肿瘤细胞和浸润性免疫细胞在肿瘤进展过程中共同进化,免疫细胞 随着肿瘤的进展,系统逐渐失去效力,免疫细胞高度依赖于细胞。 代谢来体现其效应功能,但在肿瘤微环境(TME)中,“代谢竞争” 癌细胞快速增殖会导致营养缺乏以及代谢废物增加,两者 此外,癌症和免疫之间的“代谢共生”也会对免疫细胞功能产生负面影响。 细胞可以促进抑制性免疫细胞表型的获得,最终不利于抗肿瘤 这些动态代谢相互作用是由 TME 内细胞占据的生态位决定的。 因此,在肿瘤进展过程中,肿瘤和免疫细胞之间的代谢串扰可能是 免疫细胞功能以及对免疫靶向治疗反应的主要决定因素。 不幸的是,由于以下原因,TME 中免疫细胞代谢和串扰的研究一直非常具有挑战性: 依赖于分析大量细胞群代谢的方法,这掩盖了个体细胞的多样性, 由于代谢扰动的复杂性,预测代谢扰动的下游结果很困难 代谢网络,以及缺乏绘制原位代谢变化的工具为了克服这些挑战,我们。 开发了 Compass,一种应用基于网络的分析方法的通量平衡分析 (FBA) 算法 利用单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 数据来预测组织中单个细胞的代谢状态1。 应用 Compass 以及标准计算方法来分析纵向 scRNA-seq 来自黑色素瘤临床前小鼠模型的数据,目的是确定颞叶和肿瘤大小 基于肿瘤进展过程中肿瘤和浸润免疫细胞的代谢变化。 我们的初步数据表明,多胺代谢是肿瘤和肿瘤之间代谢串扰的关键枢纽。 在黑色素瘤肿瘤进展过程中,免疫细胞要么是静态的,要么是动态的,并且可能 我们发现 CD4+ 调节性 T 细胞 (Treg)、耗尽的 CD8+ T 细胞和 抑制性骨髓细胞上调精胺/亚精胺乙酰转移酶 (Sat1),催化乙酰化 多胺,肿瘤进展离线,c-Met+黑色素瘤细胞的一个子集,具有以下特征: 根据这些观察,我们发现多胺回收基因的干性很高。 基于系统的分析涉及肿瘤和多胺代谢的改变和串扰 肿瘤进展过程中的免疫细胞将揭示治疗干预的新方法。 提出:1)剖析肿瘤发生过程中多胺代谢在免疫细胞和肿瘤细胞中的功能作用 2)构建肿瘤的高分辨率空间图:通过多胺的免疫代谢串扰 途径。

项目成果

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