“类器官之父”Science发文：类器官+CRISPR 控制肠内分泌分化的关键抑制因子

2023-10-28

临床研究临床结果基因疗法

导读：肠内分泌细胞（EEC）存在于消化道的上皮中，产生参与新陈代谢的各种激素。不同EEC谱系的产生由专门的转录因子网络控制。然而，鉴于来自成体干细胞的EEC规范效率低下，很难阐明该调节网络的组成和机制。10月26日，Hans Clevers 团队（林琳博士为论文第一作者和共同通讯作者）在国际顶尖学术期刊《Science》上发表了题为“Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation ”的研究论文。研究构建了基于成年人类小肠类器官和CRISPR基因敲除的高通量筛选平台，对调控人类肠内分泌细胞（EEC）谱系分化的转录因子（TF）进行系统性无偏鉴定；发现ZNF800是在内分泌谱系定向分化中起主导作用的转录抑制因子；ZNF800直接抑制内分泌TF调控网络（其靶基因包括该网络中的核心TF：INSM1、SOX4、NEUROG3等），从而抑制肠干细胞向EEC分化；ZNF800还直接抑制PAX4，PAX4通过抑制ARX来抑制其他EEC亚型的分化，驱动偏向肠嗜铬细胞的分化轨迹。https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/full/10.1126/science.adi2246研究概述 01 肠内分泌细胞（EEC）是居住在胃、小肠（SI）和结肠上皮的产生激素的细胞。EEC 调节代谢活动的各个方面，包括胰岛素水平、饱腹感、胃肠道分泌和运动。不同EEC谱系的产生尚不完全清楚。在这项工作中，我们报告了成人SI类器官中整个转录因子（TFs）库的CRISPR敲除筛选，以鉴定控制EEC分化的显性TF。我们发现ZNF800作为内分泌谱系承诺的主要抑制因子，通过直接控制以PAX4为中心的内分泌TF网络，特别限制肠嗜铬细胞分化。因此，类器官模型允许对编程细胞命运的基因进行无偏的功能性CRISPR筛选。研究进展 02 在这项最新研究中，研究团队将类器官技术与高通量CRISPR基因筛选技术结合，旨在建立一个跨越人类肠道类器官中全部转录因子（TFome）的CRISPR筛选平台，以便无偏倚和系统地发现调控人类EEC分化的转录因子。研究团队使用通过慢病毒载体递送的CRISPR基因敲除文库，该文库包括7210个sgRNA，以靶向1800个人类转录因子，以及100个sgRNA阴性对照。筛选结果显示，ZNF800是一个全新的抑制EEC分化的转录因子。研究团队进一步解析了ZNF800调控ECC分化的机制，驱动早期ECC分化的核心参与者INSM1、SOX4和NEUROG3是ZNF800的下游直接靶点，ZNF800通过直接调控以PAX4为核心的内分泌转录因子网络，特别限制了肠嗜铬细胞的分化。在ZNF800缺失的情况下，PAX4通过抑制所有其他EEC亚型的分化来驱动EC特异性细胞命运。此外，PAX4还通过单方面抑制另一个EEC亚型转录因子ARX，来调控EEC亚型的分化。我们发现ZNF800是肠内分泌分化的主要抑制因子，它通过直接控制以PAX4为中心的内分泌转录因子网络，特别限制肠嗜铬细胞分化。这也表明了可以通过类器官模型对编程细胞命运的基因进行无偏倚的功能性CRISPR筛选。研究结论 03 总之，本研究利用人肠道类器官和CRISPR基因敲除筛选系统，对调控成人EEC谱系分化的转录因子进行了大规模无偏鉴定，发现一个此前功能未知的锌指蛋白转录因子ZNF800，在EEC谱系分化中发挥主导作用，处于内分泌转录因子网络的上游位置。这项工作展示了优化人类类器官在基于CRISPR的功能筛选中的价值潜力，为鉴定人类肠道生理学和病生理学中的其他调节因子铺平了道路。参考资料：https://www.chinagut.cn/daily/show/1259413096?kf=daily_listhttps://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi2246