Engineering Customized Cell Sensing and Response Behaviors Using Synthetic Notch Receptors

文章简介

研究背景

1.  通过长期进化过程，人类的免疫细胞可有效监控和感知身体异常。致病菌入侵或者机体内的动态平衡都可激发免疫响应，启动一系列的保护和修复程序。诸如说，T免疫细胞在身体内循环、探知病源，并启动有力的响应效益来消除感染、炎症或癌症细胞。 T细胞也具备产生长期记忆的能力，可长久防止复发产生。这些应对疾病的强大能力，使得T细胞成为细胞疗法领域极具吸引力的一大技术平台。

2.  目前，在工程化T细胞疗法领域，治疗癌症的重大进展都集中在“指导”T细胞的自然应答去针对疾病细胞。以此为方向，科学家们使用肿瘤特异性T细胞受体（TCR）或嵌合抗原受体（CARs）技术把T细胞改造成为可识别疾病新抗原的“新型”免疫功能细胞。虽然这些“重新定向”指导T细胞功能的疗法已经在部分癌症中取得了一些成功，其有效性仍受到了T细胞内源反应机制性质的大幅限制：首先，T细胞的免疫反应程序是多样化的，而且并不是所有方面都在特定疾病治疗方案上面具有益处。特别是某些免疫反应本身是有毒副作用的，在某些情况下可能和疾病本身一样危险。此外，自然的T细胞反应程序缺乏适应特性。例如，当工程化T细胞被重新定向到识别肿瘤细胞之时，T细胞具有非常有限的能力去克服肿瘤的免疫抑制微环境。

研究方法

SynNotch受体包含了天然的细胞间信号传导受体Notch的核心调节结构域，但具有合成性的胞外识别结构域和合成性的胞内转录结构域。当接合同源抗原时，类似于原生型的Notch活化机制，synNotch受体可经历诱导性跨膜区域剪切，从而释放胞内转录区域进入细胞核，结合同源上游顺式激活子来激活受调控靶向基因的表达。因此，synNotch信号回路可被利用产生“合成性”的细胞反应程序：使用特定的抗原识别结合来驱动某一特定的基因表达组合。
研究思路

借鉴已建立的SynNotch受体技术，在人源原代T细胞中建立能够检测相关肿瘤疾病的synNotch受体，以及关联特定基因调控的活性。这些经synNotch受体技术改造的T细胞具备强大且高度受控的“自定义”行为。
文章亮点

synNotch受体可以驱动的T细胞以产生自定义的细胞因子谱系，限定性的细胞分化途径，和局部递送的天然兼合成的治疗效益（例如细胞毒性蛋白质、抗体、双特异性扣合、免疫刺激剂和免疫抑制剂）。这些特定性的细胞行为绕过所有典型性T细胞活化的要求。

研究成果

1，synNotch受体的构建模型
Notch受体的跨膜调控区可以和各种胞外胞内功能区结合合成多样的受体。
2，synNotch受体能被用来驱动依赖于结合识别的转录调控
可溶性的ligand，在与受体的同一细胞表面表达的ligand均不能激活Notch通路。synNotch受体既可以激活转录也可以抑制转录。

3，synNotch受体可用于各种细胞类型包括神经和淋巴细胞

4，synNotch受体可在空间上调控多样的细胞事件
synNotch受体可诱导纤维母细胞向成肌细胞的分化，上皮细胞向间质的转化。

5，synNotch通路间互不干扰，可用于研究多因子组合参与的调控
在同一个细胞中，多个synNotch受体可独立激活各自的通路，不互相干扰。

6，多个synNotch受体可在不同表皮细胞层面生成不同类型的细胞

多个synNotch受体可用来改造复杂的多步骤的细胞间信号级联放大效应，驱动细胞产生自定义的细胞因子谱系，模拟自然发生的发育过程。

参考文献

Morsut L, Roybal KT, Xiong X, et al. 2016. Engineering customized cell sensing and response behaviors using synthetic notch receptor. Cell, 164:780-91.