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.2022年1月；23(1):122-134.
doi:10.1038/s41590-021-01086-x。 Epub 2021年12月22日。

主要转录因子家族对静止和活化T细胞表观基因组的分级调控

易中 1 2 三, 莎拉·沃克 4 5, 尤里·普里特金 4 6, 克里斯蒂娜·莱斯利 2, 亚历山大·鲁登斯基 7, 乔里斯·范德韦肯 8 9
附属公司

主要转录因子家族对静止和活化T细胞表观基因组的分级调控

易中等。 自然免疫. 2022年1月.

摘要

T细胞激活是适应性免疫反应中的一个关键早期事件，受到精细的转录控制。在本研究中，我们研究了八个主要转录因子（TF）家族的活性如何整合以形成原始和活化CD4和CD8 T细胞的表观基因组。通过利用进化分化小鼠中的广泛多态性，我们确定了对染色质可及性有积极影响的“重物提升器”。Ets、Runx和TCF/Lef TF家族的成员占据了绝大多数可访问的染色质区域，在T细胞激活后保持或获得可访问性的位点分别充当“管家”、“通用放大器”和“占位符”。此外，一小部分强诱导免疫反应基因显示出非经典的TF募集模式。我们的研究为理解T细胞的转录和表观遗传调控提供了关键资源和基础，并为关键TF之间的层次性相互作用提供了新的视角。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益

A.Y.R.是SAB成员，拥有Sonoma Biotherapeutics和Vedanta Biosciences的股权，是共同发明人或拥有与本研究内容无关的武田知识产权。其余作者声明没有相互竞争的利益。

数字

扩展数据图1
扩展数据图1。幼稚和活化的CD4和CD8 T细胞的RNA-seq和ATAC-seq
答：脾细胞分离的门控策略示例。根据FSC-A/SSC-A鉴定活淋巴细胞。双倍体被选通，CD4和CD8 T细胞被鉴定为TCRβ+CD4细胞+和TCRβ+CD8（CD8）+分别是。作为RNA-seq、ATAC-seq和CUT&RUN实验输入的原始CD4和CD8 T细胞是从未感染小鼠中分离出来的CD44+CD62L型−细胞。作为CUT和RUN实验输入的大量活化CD4和CD8 T细胞被分离为CD44+感染后第7-8天（p.i.），LCMV Armstrong感染小鼠的细胞。在第7天或第60天p.i通过四聚体染色分离LCMV特异性激活和记忆CD4和CD8 T细胞，作为ATAC-seq和RNA-seq实验的输入。b：RNA-seq和ATAC-seq在抄送4,Cd8a，出售幼稚和活化CD4和CD8 T细胞中的Cd44位点。抄送：TF结合基序变体对幼稚和活化CD4 T细胞（A）、幼稚CD4和CD8 T细胞（B）、活化CD4和CD8 T细胞中染色质可及性的影响（ΔMean）。数据点按TF系列着色，并根据双面的−log10 p值进行缩放t吨-在B6和Cast等位基因上具有更强匹配性的峰值之间的平均等位基因比率的比较测试。在两种细胞类型（原始细胞和活化CD8）中获得的最显著的p值用于缩放。含有<50个变异基序的基序被排除在绘图之外。传真：平均RNA-seq计数Tbx21塔布,脱中胚蛋白,七氟化碳和勒夫1在幼稚和活化的CD4和CD8 T细胞中。
扩展数据图2
扩展数据图2。基因表达与染色质可及性变化的相关性
答：激活与原始CD8 T细胞染色质可及性变化与基因表达的相关性。显示与最近基因相连的单个ATAC-seq峰（左）或与同一基因相连的所有ATAC-seq-峰的计数总和（右）。b：活化CD8 T细胞与幼稚CD8 T细胞中基因表达的倍数变化（x轴）与记忆CD8 T细胞与幼稚CD8 T细胞中基因表达的倍数变化（y轴）作图。T细胞激活时瞬时诱导表达的基因子集以红色突出显示（左）。此基因集的聚集染色质可及性和基因表达变化（右）。抄送：B组中突出显示的基因的基因本体（GO）术语富集分析
扩展数据图3
扩展数据图3。Runx1、TCF1和Ets1-结合基因的RNA-seq和ATAC-seq变化
a-b：在Bcl2公司和氩气30幼稚和活化CD8 T细胞中的基因座。抄送：追踪显示选定的Ets1基序变异体对（B6/Cast）F1小鼠活化CD8 T细胞染色质可及性和TF结合等位基因偏向的影响。竖线表示遗传变异的位置，颜色表示来自B6（黑色）或Cast（红色）等位基因的包含变异的读取部分。基因变异凸轮2b该位点导致B6等位基因上更强的Ets1基序匹配和Cast等位基因的较弱匹配，并与B6特异性染色质可及性和TF结合相关。相反的模式在Dnah8号机组轨迹。日期：最接近Ets1-结合和非结合ATAC-seq峰的基因（至少一种细胞类型中读数>100）的基因表达发生变化。电子邮箱：最接近Ets1-bound和unbound ATAC-seq峰值的基因的平均表达。
扩展数据图4
扩展数据图4。Ets1结合和未结合染色质区域的TF和辅因子结合
答：RNA-seq、ATAC-seq和CUT&RUN覆盖率的基因轨迹Gzmb公司和Tbx21塔布幼稚和活化CD8 T细胞中的基因座。b：激活诱导TF不同组合占据的Ets1-unbound ATAC-seq峰中Brg1结合的峰的分数。数据点根据每组中的峰值数量进行缩放。抄送：TF结合基序变体对Ets1-bound（Ets1）时Brg1占据率的影响+)和Ets1-入站（Ets1−)活化CD8 T细胞中以ΔMean测量的位点。数据点按TF系列着色，并根据的−log10 p值进行缩放t吨-测试比较B6与Cast等位基因上具有更强基序匹配的峰之间的等位基因比率。在两种细胞类型（原始细胞和活化CD8）中获得的最显著的p值用于缩放。
扩展数据图5
扩展数据图5。幼稚和活化CD4和CD8 T细胞TCF1结合峰组的TF结合
a-c：RNA-seq、ATAC-seq和CUT&RUN的基因轨迹在伊利7r,钯3b和克拉格1幼稚和活化CD4和CD8 T细胞中的基因座。日期：TCF1结合位点和TCF1的分数向上的包含特定TF结合基序的位点。电子邮箱：TCF1结合位点和TCF1结合部位的中位数基序匹配p值向上的地点。传真：TCF1的百分比+等1−峰值和TCF1向上的由每个激活诱导TF结合的峰值。
扩展数据图6
扩展数据图6。急性LCMV感染时T细胞亚群的单细胞ATAC-seq分析
答：在LCMV感染（B6/Cast）F1小鼠的脾脏细胞群中，显示CD4和CD8基因座染色质可及性的伪体scATAC-seq轨迹。b：TF结合基序的遗传变异对体细胞或单细胞实验中等位基因特异性ATAC-seq计数的影响。数据点按TF系列着色，并根据双面的−log10 p值进行缩放t吨-测试比较B6与Cast Allele上更强匹配的峰值之间的等位基因比率。抄送：小提琴图和方框图显示了T细胞亚群中指示峰群的可及性。方框图中的中心线表示中值，方框极限表示第25和75个百分位，晶须是四分位范围1.5倍内的最小/最大值。n个=每个细胞注释中的细胞数
图1：
图1:。TF结合基序多态性对幼稚和活化T细胞等位基因特异性染色质可及性的影响
答：实验示意图。F1（B6/Cast）小鼠感染2×105p.f.u.LCMV Armstrong静脉注射或未感染。感染后第7天，根据I-A染色分离LCMV特异性CD4和CD8 T细胞b条LCMV GP66–77和H-2Db条LCMV NP396–404四聚体。天真的CD44−CD62L型+TCRβ+从未感染小鼠中分离出CD4和CD8 T细胞。对分选的细胞群进行等位基因特异性ATAC-seq和RNA-seq分析。测序读数与伪二倍体B6/Cast基因组对齐。根据更好的基因组比对，读数被计算为B6或卡斯特异性。在总结了基因或峰值区域中所有包含读码的变体后，RNA-seq或ATAC-seq信号的等位基因比率被计算为B6特异读码/卡斯特特异读码。含有含变异转录因子结合基序（TF基序）的峰被分为B6等位基因上的强匹配峰和Cast等位基因的强匹配峰值。使用t吨-测试。两个峰值集之间平均等位基因比率的差异表示为Δmean。面板e中进一步说明了这一点BioRender.com网站.b：TF结合基序变体对幼稚和活化CD8 T细胞染色质可及性的影响（ΔMean）。数据点按TF系列着色，并根据的−log10 p值进行缩放t吨-将B6和Cast等位基因的峰值集平均等位基因比与强匹配进行比较。在两种细胞类型（原始细胞和活化CD8）中获得的最显著的p值用于缩放。在整个基因组中含有<50个出现的基序的变体被排除在该图之外。抄送：TF结合基序变体对幼稚CD8 T细胞染色质可及性和基因表达的影响。为了确定模体变体对基因表达中等位基因偏向的影响，将峰值与最近的基因联系起来。日期：TF结合基序在获得或失去染色质可及性的峰中富集（倍数变化>2），而在活化的CD8 T细胞和原始的CD8 T细胞中，可及性不变。（费希尔精确测试，单侧第页-通过Benjamini-Hochberg程序修正的值）。电子邮箱：在选择的TF结合基序中包含变异体的峰的ATAC-seq计数中的等位基因比率分布。ΔMean描述了蓝色峰和红色峰之间平均等位基因比率的差异。（双面第页-值来自t吨-蓝色和红色的独立等位基因比率的无效假设检验顺式-元素具有相同的期望值μ).
图2：
图2:。Runx1、TCF1和Ets1占据了大多数可访问的染色质区域
答：通过CUT&RUN测量原始CD8 T细胞中的Runx1、TCF1和Ets1结合。图中显示了每个TF绑定的ATAC-seq峰的数量，以及每个因子绑定的所有可访问峰的分数（在原始T细胞中>100个ATAC-seqreads）。b：由Runx1、TCF1和Ets1的每个组合绑定的所有可访问峰值的比例（在原始T细胞中读取的ATAC-seq值>100）。抄送：Ets1-绑定和非绑定监管元素的组成（左）。ATAC-seq峰部分与Ets1结合的启动子、外显子、内含子和远端元件重叠（右）。日期：TF结合基序的遗传变异对Runx1、Ets1和幼稚T细胞TCF1结合等位基因偏向的影响。数据点按TF系列着色，并根据双面的−log10 p值进行缩放t吨-在B6和Cast等位基因上具有更强匹配性的峰值之间比较等位基因比率的测试。电子邮箱：ATAC-seq峰的染色质可及性由TCF1或Runx1结合（Ets1-结合）或不结合Ets1（Ets1--结合）（左）。不同比较中的差异可访问峰值数（至少一种单元格类型中的读数>100）（右）。传真：最接近Ets1-结合与非结合峰集的非重叠基因的GO项富集分析。数据点根据FDR进行缩放。
图3：
图3:。可预处理的Ets1结合染色质区域对激活诱导的TF没有反应
答：RNA-seq、ATAC-seq和CUT&RUN的基因轨迹在Eif4g2型和抄送2幼稚和活化的CD8 T细胞中的基因座。b：c-Jun、Bhlhe40、IRF4、Tbet和NFATc1在通过CUT&RUN测定的活化CD8 T细胞中的结合。每个TF结合的ATAC-seq峰的数量与每个因子结合的所有可访问峰（激活T细胞中>100个ATAC-seq-reads）的分数一起显示。抄送：TF-结合ATAC-seq峰与Ets1共结合的分数。日期：活化的CD8 T细胞与原始的CD8 T细胞中TF结合位点的分数，染色质可及性高于（向上）或低于（向下）4倍。电子邮箱：Ets1-bound和-unbound ATAC-seq峰的分数由0到5个活化诱导TF结合。传真：激活CD8 T细胞中至少一个激活诱导TF占据的Ets1-结合和非结合位点上TF共同定位的富集。第页-根据单侧Fisher精确试验和Benjamini-Hochberg程序计算值。克：激活与原始CD8 T细胞在不同激活诱导TF组合占据的Ets1-unbound ATAC-seq峰处染色质可及性的折叠变化。数据点根据每组中的峰值数量进行缩放。小时：在由1-5个激活诱导的TF占据的Ets1-bound和unbound ATAC-seq峰处，激活的与原始CD8 T细胞的染色质可及性的折叠变化。i：TF结合基序变异对Ets1-bound与–unbound ATAC-seq峰TF占有率等位基因偏向的影响。每个CUT&RUN实验都显示在Y轴上。X轴显示了每个家族最具统计意义的图案。记者：Ets1-结合和非结合调节元件的TF结合和染色质可及性变化模型。
图4：
图4:。免疫应答相关元素的一小部分招募Ets1从头开始T细胞激活后
答：幼稚和活化CD8 T细胞中ATAC-seq峰区的Ets1 CUT&RUN计数。数据点根据活化CD8 T细胞与原始CD8 T淋巴细胞中最近基因表达的绝对对数2倍变化进行缩放。激活的CD8 T细胞与原始CD8 T淋巴细胞（Ets1）的Ets1结合量增加8倍以上的一组峰向上的站点）以红色突出显示。b：幼稚CD8 T细胞中染色质的可及性与活化CD8 T细胞与幼稚CD8 T细胞中Ets1结合的log2倍变化有关。等1向上的站点以红色突出显示。抄送：对最接近ATAC-seq峰的基因进行基因本体论术语富集分析，在T细胞活化时获得Ets1结合（图a-b中的红点）。日期： Cis公司-Ets1的调节元素组成向上的地点。电子邮箱：Ets1的分数向上的由0到5个活化诱导TF结合的位点。传真：Ets1时活化与原始CD8 T细胞染色质可及性的变化向上的由1–5个活化诱导TF结合的位点。Ets1-绑定（Ets1+)和-未绑定（Ets1−)5种活化诱导TF共占用的元素作为参考。克：TF结合基序富集和中位数（Δmedian）基序差异与Ets1的p值匹配向上的vs Ets1-bound ATAC-seq峰值。小时：通过CUT&RUN在活化CD8 T细胞中测量Snf2h、Chd4、Ruvbl1和Brg1结合。图中显示了每个TF绑定的ATAC-seq峰的数量，以及每个因子绑定的所有可访问峰的比例（激活T细胞中的ATAC-sq读数>100）。i：Ets1-bound（Ets1）的分数+)，Ets1-入站（Ets1−)和其他1向上的在活化的CD8 T细胞中，由0到5个活化诱导TF共同结合的峰值，这些TF与Brg1结合（左）。对应峰值集的平均Brg1计数（右）。记者：Ets1的TF活动模型向上的元素。
图5：
图5:。依赖激活的TF合作伙伴影响Runx1本地化
答：使用CUT&RUN在幼稚和活化的CD4和CD8 T细胞中测定Runx1结合。显示了Runx1绑定的ATAC-seq峰值数，以及Runx1所绑定的所有可访问峰值（>100个ATAC-seq-reads）的分数。b：在所有ATAC-seq图谱峰上，幼稚和活化的CD8 T细胞中的染色质可及性。大于4倍差异可及性的峰以红色突出显示。显示了幼稚和活化CD8 T细胞中染色质可及性较高和较低的峰数。抄送：受每个转录因子结合的差异可及染色质区域的分数（在面板b中突出显示）。日期：活化与原始CD8 T细胞中Runx1、TCF1和Ets1的染色质可及性变化与TF结合强度变化之间的皮尔逊相关性。对所有峰或仅对各TF结合的峰进行了分析。散点图显示了Runx1结合的折叠变化，以及激活与原始CD8 T细胞染色质可及性的折叠变化。电子邮箱：TF结合基序变异对幼稚和活化CD8 T细胞中Runx1结合的影响。分析中只包括了在原始和活化CD8 T细胞（b组）中可获得的差异峰。数据点按TF系列着色，并根据双面的−log10 p值进行缩放t吨-在B6和Cast等位基因上具有更强基序匹配的峰之间的等位基因比率比较测试。在两种细胞类型（原始细胞和活化CD8）中获得的最显著的p值用于缩放。传真：T细胞激活时，TF结合基序出现在获得（上位点）或失去可及性（下位点）的峰值。使用双面计算全球等位基因不平衡的母题显著性t吨-使用与图1e相同的方法进行测试。克：TF结合基序变异对幼稚和活化CD8 T细胞染色质可及性的影响。A双面t吨-测试用于计算motif第页-值如图1e所示。分析中只包括了在原始和活化CD8 T细胞（b组）中可获得的差异峰。小时：T细胞激活后获得或失去染色质可及性的位点的Runx1活性模型。
图6：
图6:。TCF1在幼稚和活化CD4和CD8 T细胞中的上下文相关功能
答：在含有或不含Ets1的TCF1结合的ATAC-seq峰处，幼稚和活化的CD4和CD8 T细胞之间的染色质可及性变化。所有峰值表示一个或多个单元类型中读数>100的峰值。b：幼稚和活化的CD4和CD8 T细胞中ATAC-seq峰区TCF1 CUT&RUN信号。数据点根据染色质可及性的折叠变化进行缩放，并根据可及性变化的方向将其涂成蓝色或红色。在CD4 T细胞中鉴定出在活化的T细胞中具有较强的TCF1优先结合的峰的子集，并以绿色突出显示。抄送：幼稚和活化CD4和CD8 T细胞在Ets1的染色质可及性变化+TCF1系列−由0–5激活诱导的转录因子结合的ATAC序列峰。分析仅限于激活的CD8 T细胞与未激活的CD8T细胞TCF1结合较低的峰值。日期：TCF1之间的重叠向上的峰值（面板b中的绿色峰值）和Ets1-bound ATAC-seq峰值（顶部）或Ets1向上的峰值（底部）。电子邮箱：TCF1的分数+等1−峰值和TCF1向上的由0-5个活化诱导TF结合的峰值。传真：TCF1幼稚和活化CD4和CD8 T细胞的染色质可及性变化向上的由0-5个活化诱导TF结合的峰值。克：TCF1的分数+等1−峰值和TCF1向上的活化CD8 T细胞中与Brg1结合的0-5活化诱导TF共结合的峰值（左）。对应峰值组的平均Brg1计数（右）。小时：最接近TCF1基因的基因本体术语富集分析向上的峰值（面板b中的绿点）。i：TCF1结合调控元件的TF活动模型。
图7：
图7:。T细胞亚群染色质可及性的驱动因素
答：用单细胞（sc）ATAC-seq测定LCMV感染（B6/Cast）F1小鼠脾脏总CD4和CD8 T细胞的T细胞亚群中选定位点的染色质可及性(n个=6043个单元格）。b：子集注释。抄送：TF结合基序的遗传变异对Th1和Tfh细胞中等位基因特异性假体scATAC-seq计数的影响。数据点由TF族着色，并根据双侧的−log10 p值进行缩放t吨-对B6与Cast等位基因强匹配的峰值之间的等位基因比率进行比较。日期：伪块状scATAC-seq数据显示了T-bet或TCF1共同占据的Ets1-结合或非结合位点Th1与Tfh细胞的可及性。灰点（顶部）和黑线（底部）显示所有可到达的山峰。电子邮箱：显示T细胞亚群中指示峰群可及性的小提琴图和方框图(n个=6043个单元格）。方框图中的中心线表示中值，方框极限表示第25和75个百分位，晶须是四分位范围1.5倍内的最小/最大值。n个=每个细胞注释中的细胞数（420个Naive CD4、344个Naivee CD8、234个Mem CD4，231个Mem CD8、198个Treg、1321个Tfh、652个Th1、2583个效应器CD8）。
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中的注释

  • 分析调节T细胞免疫的转录因子。
    Johanson TM，Allan RS。 Johanson TM等人。 自然免疫学。2022年1月；23(1):3-4. doi:10.1038/s41590-021-01075-0。 自然免疫学。2022 PMID：34937931 没有可用的摘要。

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