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.2018年12月11日;25(11):3059-3073.e10。
doi:10.1016/j.celrep.2018.11.018。

Drp1通过调节T细胞迁移、增殖和cMyc依赖性代谢重编程控制有效的T细胞免疫监测

附属公司

Drp1通过调节T细胞迁移、增殖和cMyc依赖性代谢重编程控制有效的T细胞免疫监测

卢卡·西姆拉等。 单元格代表. .

摘要

线粒体是通过动态响应细胞需求来调节T细胞生物学的关键角色,但这些动力学如何在T细胞中整合尚不清楚。我们在这里表明,线粒体分裂前蛋白Drp1促进体外和体内发育中胸腺细胞的迁移和扩张。此外,我们发现,Drp1在激活后维持体外克隆扩增和cMyc依赖的代谢重编程,也调节体内效应T细胞数量。Drp1缺陷的成熟T细胞也存在迁移和外渗缺陷,揭示了其在控制次级淋巴器官中T细胞再循环和肿瘤部位积聚方面的关键作用。此外,观察到的Drp1依赖性向记忆样表型的失衡有利于肿瘤微环境中T细胞的衰竭。所有这些发现都支持Drp1在T细胞发育和抗肿瘤免疫监测的几个过程中发挥关键作用。

关键词:Drp1;T细胞;cMyc;细胞迁移;细胞增殖;疲惫;代谢重编程;线粒体动力学;胸腺细胞;肿瘤免疫监测。

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数字

无
图形摘要
图1
图1
Drp1调节发育中胸腺细胞和成熟T细胞的数量(A)从+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1条件KO小鼠(n=19)中分离出的胸腺细胞总数。(B) +/+cre+和fl/fl-cre+小鼠胸腺叶的代表性图片和大小量化(n=6)。(C–E)根据+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO小鼠(DN,双阴性;DP,双阳性;SP4/8,单阳性-4和-8(n=7)中CD4和CD8表达的胸腺细胞亚群总数(C和D)和相对百分比(E)。(F和G)+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1条件KO小鼠脾脏(n=9)和每毫升血液(n=4)中分离的CD4+和CD8+T细胞(F)、B细胞、自然杀伤(NK)细胞、巨噬细胞(Mph)和其他主要组织相容性复合体II类(I-A和I-E)(MHC-IA和-IE+)髓细胞(G)的总数。(H) +/+cre+和fl/fl-cre+小鼠(n=6)脾脏的代表性图片和大小量化。数据报告为平均值±SEM。显著性如下所示:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S1。
图2
图2
Drp1参与胸腺细胞和成熟T细胞增殖(A和B)EdU数量的调节++/+cre+对照组和fl/fl cre+Drp1 KO胸腺细胞在3天和4天后在体外活化(A,n=5),并区分DP和第3天单个阳性4和单个阳性8(SP)胸腺细胞的平均值(B,n=6)。(C) 活菌总数增加倍(annexin V[annV])CD8+和CD4+T细胞在体外激活(n=5)。(D和E)CFSE标记的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO隔夜(o.n.)nocodazole块释放5天在体外-活化的CD8+(D,n=4)和CD4+(E,n=5)T细胞。每个时间点的分裂细胞百分比(CFSE平均荧光指数[MFI]减半)如相应的图表所示。(F) 中心体(γ-微管蛋白)形态的典型共焦面和6天百分比的定量在体外-激活+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞的中心体形态异常(n=3)。(G) 中心体(白色箭头表示中心体结构改变)和线粒体(TOM20,因甲醇固定而分辨率低)在T细胞中的相对位置,与基因型无关(n=3)。(H) 细胞数量增加的倍数在体外电穿孔空载体pEYFP-C1或pEYFP-C1-Drp1-S616E质粒后,IL-2诱导+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞扩增(n=3)。(一) 单用LPS(非脉冲)或LPS和MC38提取物(脉冲)静脉注射4天后,+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO小鼠脾脏中回收的右旋+CD8+细胞总数(n=9对照[ctrl];8 KO)。(J) 从患有14天龄MC38衍生肿瘤(n=6 ctrl,4 KO)的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO小鼠的对侧腹股沟淋巴结(CLN)和腹股沟引流淋巴结(DLN)分离出的CD8+T细胞总数。数据表示为平均值±SEM。比例尺,5μm in(F)和(G)。重要性如下所示:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S2。
图3
图3
Drp1控制活化T细胞(A)线粒体(TOM20)在+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞中分布的代谢重编程,这些T细胞由抗CD3涂层珠刺激(称为B,用抗CD3抗体标记,红色)(n=4)。(B) 用aCD3抗体孵育Fluo3-AM-loaded+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞。在获得Fluo3-AM基线荧光后,添加二级抗体,并在6分钟内获得荧光。右侧的图表中报告了相对于基线的最大(2分钟时)和残余(5分钟时)Fluo3-AM荧光的倍数增加(n=5 ctrl,4 KO)。(C) 受刺激的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞中指示(磷酸)蛋白的表达水平在体外在指定的时间内。右图(AMPK-mTOR,n=5;cMyc,n=4;S6,n=3)中报告了指示(磷酸)蛋白的KO:ctrl比率的量化。刺激后48小时(最大上调)报告cMyc水平,但在5小时也获得了类似结果。(D和E)来自+/+cre+对照和激活的fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞的指示(磷酸)蛋白的表达水平和相对定量在体外在钙螯合剂1,2-双(邻氨基苯氧基)乙烷-N,N,N′,N′-四乙酸乙酰氧基甲基酯(BAPTA-AM)和EDTA(D,N=3)或AMPK抑制剂化合物-C(E,N=3)存在下保持5小时。3天内的(F和G)RNA测序(RNA-seq)分析在体外-激活+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞。(F) T细胞中cMyc依赖性代谢基因的热图(cMyc MG)在+/-cre+对照和fl/fl cre+Drp1 KO T细胞中的表达,其中糖酵解基因突出显示。(G) cMyc-MG组富集基因集关联分析(GSAA)的差异mRNA表达(标准化关联分数)来自(F)和其他代谢途径(其热图如图S3F所示)。TCA,三羧酸;磷酸戊糖途径;脂肪酸合成;FAO,脂肪酸氧化。对于每一组,与对照组相比,KO细胞中的转录富集以红色突出显示,下调以蓝色突出显示,黑色无净差异(n=3)。(H–J)6天细胞外酸化率(ECAR)(H)和耗氧率(OCR)(I和J)率的海马分析在体外-激活+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO CD8+T细胞(2-DG,2-脱氧葡萄糖;Rot/an,鱼藤酮和抗霉素)。用含或不含依托莫西(J)的BSA-棕榈酸酯测定FA氧化。量化以下参数:糖酵解(Gly)、最大糖酵分解能力(MGC);基础OXPHOS(基础OX)、最大呼吸容量(MRC)、基础(基础)和最大(最大)FA氧化(n=3)。(K) 6天内IL7Ra(n=17)、CD44(n=12)、KLRG1(n=9)、IFNγ(n=10)、TNF-α(n=6)、IL-2(n=4)和IL-4(n=7)以及Tbet:Eomes比率(n=8)的MFI在体外-在指示的极化条件下激活CD8++/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞。数据表示为平均值±SEM。比例尺,10μm in(A)。重要性如下:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S3。
图4
图4
Drp1对维持胸腺细胞迁移、控制其在胸腺区(A–C)线粒体(TOM20)的分布和存活是必要的,在CXCL12刺激的WT胸腺细胞中使用uropod标记物ICAM1(A,n=3)或微管蛋白(B,n=3),或在诺可唑预处理的WT淋巴细胞中使用微管蛋白进行刺激(C,n=3.)。(D) 用诺卡唑处理的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺细胞的线粒体形态(TOM20),然后用CXCL12刺激。融合指数(STAR方法)如图所示(n=2)。(E) 用CXCL12或CCL21趋化因子刺激的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺细胞中指示(磷酸)蛋白的表达水平(n=3)。(F) CXCL12刺激+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺细胞的线粒体(TOM20)和尿足类标记物ICAM1。图中报告了线粒体和ICAM1共定位的细胞百分比(n=3)。(G) 在存在所示趋化因子的情况下,对+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺细胞进行跨阱迁移分析(n=4)。(H) 髓质中CD4+和CD8+染色分布的细胞MFI的代表性图像和相对定量(角蛋白5+)和皮层(角蛋白5)+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺切片的区域(n=8)。右边显示的是左边黄色方块的放大倍数。(一) 在有分化髓质(K5)的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO胸腺切片中的代表性末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记(TUNEL)检测+)或皮层区域。下图所示为大脑皮层(K5)的Drp1 KO:TUNEL+细胞密度控制比(每个区域的细胞数,由Volocity软件自动识别,在“计数”面板中显示为黄色斑点)的相对定量)和髓质(K5+)面积(n=5)。数据表示为平均值±SEM。比例尺,(A)–(D)和(F)中的5μm,(H)中的50μm,以及(I)中的200μm。重要性如下:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S4。
图5
图5
Drp1对促进成熟T细胞外渗和归巢至次级淋巴器官至关重要,受ERK介导的磷酸化(A)线粒体(TOM20)和+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO 6天内的尿足标记物(ICAM1)的调节在体外-CCL21刺激活化T细胞(n=6)。(B) 激活的eFluor 670对照(红色)和CFSE-Drp1 KO(绿色)T细胞通过内皮单层外渗。所示为Drp1 KO的代表性图像和定量:通过区分内皮单层(顶部,n=4)上方(无箭头)或下方(对照,黑色箭头;KO,白色箭头)的细胞,控制粘附或外渗的细胞比率。图中还显示了控制和Drp1 KO T细胞在内皮单层(底部,n=3)上迁移的轨迹的平均速度和位移率的代表性图像和量化。另请参阅视频S1。(C) 静脉注射1:1在体外-激活+/+cre+对照(eFluor 670-标记)和fl/fl-cre+Drp1 KO(CFSE标记)T细胞进入WT受体。24小时后,对从血液、脾脏和LN池中回收的细胞之间的KO:control比率进行量化(n=9)。(D) 在存在或不存在ERK抑制剂FR180204(ERKi)的情况下,CCL21趋化因子刺激的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO T细胞中指示(磷酸)蛋白的表达水平。图中报告了CCL21刺激后,所示磷酸蛋白表达水平相对于对照组的倍增量化(n=4)。(E和F)线粒体网络(E,TOM20,绿色)和蛋白质印迹(WB)分析(F)未刺激(0小时)或激活的WT T细胞中指示的(磷酸)蛋白水平在体外在有无FR180204(ERKi)的情况下持续48小时(n=3)。数据表示为平均值±SEM。比例尺,(A)和(E)中的10μm和(B)中的30μm。重要性如下:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S5。
图6
图6
在免疫监测期间,Drp1是T细胞聚集到排泄淋巴结以及渗透和排出肿瘤块所必需的(A和B)体外-将活化对照(eFluor670-标记)和Drp1-KO(CFSE标记)T细胞静脉注射到13天龄MC38衍生肿瘤的WT受体小鼠体内。24小时后,收集外周血(PB)、腹股沟DLN和肿瘤肿块(TIL),并通过流式细胞术(TIL,n=4;DLN,n=6)量化KO:对照比率(A,全部T细胞或仅CD8+T细胞)和外源性CD8+:CD4+T细胞比率(B)。(C) 在所指示的时间(n=11 ctrl,8 KO),在+/-cre+对照和fl/fl-cre+Drp1条件KO小鼠中MC38诱导的皮下肿瘤的大小。(D) 细胞注射后18天分离出的具有代表性的MC38衍生肿瘤的肿瘤重量图和图片(n=11 ctrl,8 KO)。(E和F)皮下注射肿瘤细胞18天后,从腹股沟DLN(E)或MC38衍生肿瘤(TIL)(F)收集的+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO CD4+和CD8+T细胞的绝对数量(n=14 ctrl,11 KO)。(G) 18天龄分离的MC38衍生肿瘤切片上的CD8+或CD4+IHC染色。CD8+和CD4+TIL密度的量化在相应的图表中报告(n=5 ctrl,6 KO)。(H) 右旋肌密度+每个场的CD8+TIL,通过结合回收的CD8+右旋糖酐的百分比计算+细胞荧光分析,通过IHC定量总CD8+TIL密度(n=5 ctrl,5 KO)。(一) 荷瘤+/+cre+对照组和fl/fl-cre+Drp1 KO小鼠CD45+细胞中肿瘤大小与CD8+TIL百分比的相关性。R=−0.661,p=0.019(n=5 ctrl,7 KO)。(J和K)皮下肿瘤细胞注射18天后,在+/+cre+对照组和从DLN或MC38衍生肿瘤(TIL)收集的fl/fl-cre+Drp1 KO CD8+CD44+T细胞中CX3CR1(负表达、中间表达或高表达)(J,n=9)或PD1(K,n=8)的相对表达。(五十) 皮下注射肿瘤细胞18天后和注射肿瘤细胞6小时后,从DLN或+/+cre+对照和fl/fl-cre+Drp1 KO小鼠的肿瘤(TIL)中分离出的所有CD8+细胞中CD44+细胞的百分比以及IFNγ+、Tbet+和Eomes+细胞的比率在体外T细胞再刺激(n=5 ctrl,7 KO)。数据表示为(C)、(E)和(J)中的平均值±SEM,以及(A)、(B)、(D)、(F)–(H)、(K)和(L)中的点密度图。数据来自四个独立实验中的两个代表。比例尺,5 mm in(D)和100μm in(G)。重要性如下:p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001。另请参见图S6。
图7
图7
过继细胞免疫治疗(A)实验计划中缺乏Drp1时的保护降低。(B) 在携带MC38衍生肿瘤并接受线粒体标记黄色荧光蛋白(mtYFP+)对照(+/+cre+)或Drp1 KO(fl/fl-cre+)T细胞静脉注射的WT小鼠中评估肿瘤大小(每组5只小鼠)。(C) 将外源性mtYFP+对照(+/+cre+)或Drp1 KO(fl/fl cre+)T细胞注射到荷瘤WT小鼠体内并在分离后从肿瘤块中恢复的数量(n=4 ctrl,3 KO)。数据表示为平均值±SEM。显著性如下所示:p<0.05,∗∗p<0.01。

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