2020年的一篇nature邓梅，感覺很有意義也挺有意思的一篇多組學文章踩叭。

哺乳動物的免疫系統(tǒng)可以有效應對病原體感染脱惰。它的主要成分是haematopoietic immune cells弛矛，包括控制固有免疫的髓系細胞和組成適應性免疫的淋巴細胞跺嗽。但是機體的免疫功能并不局限于造血細胞郭卫，其他的多種細胞也擁有基本的病原防御機制砍聊。為了進一步了解造血系統(tǒng)之外的細胞的免疫機制，作者系統(tǒng)性探究了包括上皮細胞贰军，內皮細胞和成纖維細胞在內的三種主要的結構細胞的免疫基因調控玻蝌。作者使用cellular phenotyping, transcriptome sequencing, chromatin accessibility profiling和epigenome mapping在小鼠的12種器官描述了這些細胞的特征。這些綜合性的數(shù)據(jù)揭示了結構細胞中免疫基因復雜的活化和調節(jié)词疼。觀測到的模式是具有高度器官特異性的而且似乎調解著結構細胞和造血免疫細胞的廣泛互作俯树。此外，作者鑒定出了組織穩(wěn)態(tài)下結構細胞表觀編碼的免疫潛能贰盗，這可能觸發(fā)系統(tǒng)性應對病毒感染的反應许饿。
這個研究強調了非造血結構細胞存在廣泛的和器官特異的復雜免疫基因活化，提供了小鼠結構細胞調節(jié)的高分辨率多組學的表觀和轉錄圖譜舵盈。

網(wǎng)站： https://medical-epigenomics.org/papers/krausgruber2020/

1. Mapping structural cells across organs

為了探究結構細胞中的免疫基因調節(jié)陋率，作者對12個器官（腦，盲腸秽晚，心臟瓦糟，腎臟，大腸赴蝇，肝狸页，肺，淋巴結，皮膚芍耘，小腸址遇，脾和胸腺）的上皮細胞 (哺乳動物的大多數(shù)組織和器官shaped by epithelial cells，構成內層和外層表面和屏障)斋竞，內皮細胞 (構成血管) 和成纖維細胞 (提供connective tissue) 進行了多組學分析倔约，包括RNA-seq得到基因表達譜，ATAC-seq得到染色質可及性和Chip-seq研究研究基于組蛋白H3K4me2的啟動子和增強子相關抗體的表觀遺傳譜坝初。

Fig 1A：流式分選了12個器官的上皮細胞 (EpCAM⁺)浸剩，內皮細胞 (CD31⁺, GP38^-) 和成纖維細胞 (GP38⁺, CD31^-)，進行了RNAseq鳄袍，CHIP-seq和ATAC-seq绢要。
Fig 1B：三種結構細胞在12個器官中都有檢測到，但是頻率具有較大差異拗小。
Fig 1C：流式檢測了12個器官中三類細胞其他marker的表達（驗證細胞純度重罪？）
Fig 1D E：相同的器官不同結構細胞的表達譜和不同的器官同樣的結構細胞表達譜相比，整體上更相似哀九。提示組織和器官的環(huán)境對器官特異性的結構細胞的基因表達具有重要作用剿配。

小結：Our multi-omics profiles for endothelium, epithelium and fibroblasts across 12 mouse organs thus uncover a marked degree of organ-specific differences among structural cells.

2. Immune gene activity in structural cells

基于RNAseq的數(shù)據(jù)，作者探究了結構細胞的免疫基因活性阅束。
Fig 2A：作者基于已知的受體-配體推斷潛在的細胞交流網(wǎng)絡來評估結構細胞和造血免疫細胞 (NK細胞呼胚，T細胞，單核細胞息裸，B細胞和巨噬細胞) 互作的能力蝇更。右面的網(wǎng)絡圖是穩(wěn)態(tài)下結構細胞和造血細胞的互作頻率圖。
Fig 2B：細胞類型和器官之間的差異被結構細胞的表面蛋白和分泌因子的特征性表達模式驅動呼盆。例如年扩，成纖維細胞的膠原 (Col4a3, Col4a4, Col5a1, Col6a1 and Col12a1) 和補體C3的高表達可以增強它們與造血細胞交互的能力；腸道Muc2和Arg2預示著與巨噬和NK細胞的互作宿亡；胸腺上皮的Ccl25的表達促進T細胞成熟。各類結構細胞也存在著相同的炎性介質高表達纳令，如Apoe, S100a8和S100a9挽荠。
Fig 2C：作者定量了各種免疫細胞基因模塊的整體活性，這些基因集被手動修正以捕獲免疫系統(tǒng)的重要組成平绩。結果觀測到結構細胞中高度細胞特異性和高度器官特異性的免疫基因模塊廣泛的激活圈匆。

小結：Together, these data reveal widespread activity of immune genes and regulatory modules in structural cells, which are expected to mediate cell-type-specific and organ-specific interactions with haematopoietic immune cells.

3. Regulatory networks in structural cells

4. Epigenetic potential for gene activation

Fig 3A：整合ATAC和CHIP數(shù)據(jù)
Fig 3B：觀測到免疫基因loci上廣泛的細胞類型特異的和器官特異的核染色質調節(jié)。發(fā)現(xiàn)不同細胞類型和器官類型捏雌，同一個免疫基因位點其染色質調節(jié)情況也不同跃赚。當然也存在一類核心免疫基因，如Ifngr1，在不同的細胞和器官中都表現(xiàn)為高度染色質易可及性纬傲。
Fig 3C：多種結構細胞的關鍵轉錄因子顯示出細胞類型特異性和器官類型特異性活性满败。

表觀譜不僅可以捕獲細胞調控狀態(tài)，還可以反映它們應對各種刺激時的潛在反應性叹括。作者因此假設結構細胞中免疫基因的活化算墨，可以對結構細胞做重編程，改變細胞表觀遺傳譜汁雷，從而在應對免疫挑戰(zhàn)時作出快速反應净嘀。

Fig 3D E：為了評估結構細胞表觀編碼免疫潛能，作者定量了每個基因promoter的染色質可及性侠讯，和對應基因的表達水平做了比較挖藏。作者基于染色體開放和基因表達將基因分成了四個profile，發(fā)現(xiàn)有一組基因厢漩，表達水平低promoter卻具有高度的染色質易可及性膜眠，提示這些基因具有未被認識到的表達增加的潛能 (這類基因很可能在刺激條件下，表達量迅速升高)袁翁。
Fig 3F：和作者的假設一致柴底，結構細胞中具有未被認識的表觀潛能的基因大多具有免疫功能。作者一共鑒定出1665個基因符合對unrealized epigenetic potential的定義粱胜，其中335個基因annotated with at least one immunological term柄驻。
Fig 3G：在比較了不同器官中的基因表達譜和染色質可及性兩項指標，作者發(fā)現(xiàn)焙压，大腦鸿脓、盲腸、心臟涯曲、腎臟野哭、大腸和皮膚中這兩項指標具有高度的正相關性；而與之相反的是肝臟幻件、淋巴結拨黔、脾臟和胸腺這些免疫器官中兩項指標相關性不高，提示這四類器官具有強大的表觀遺傳譜變化潛力绰沥，從而可以為應對多種外來刺激做好準備篱蝇。

5. Immune genes induced by viral infection

為了功能性的評估epigenetic potential for immune gene activation，作者使用淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒 (LCMV)構建了系統(tǒng)性感染模型徽曲。

Fig 4A：在小鼠感染了(LCMV)之后的8天之后零截，取了和前面一樣的12個器官，流式分選之后做了RNAseq秃臣。
Fig 4B：作者比較了穩(wěn)態(tài)下具有表觀潛能的基因在LCMV感染后的差異表達涧衙，這些基因確實在LCMV誘導的基因中出現(xiàn) (left)。為了定量表觀潛能預測LCMV誘導基因活化的能力，作者使用ROC曲線展示了已知潛能的百分比against de novo激活基因的百分比 (centre)弧哎，并在肝臟雁比，肺和脾臟中發(fā)現(xiàn)了強相關 (right)。
Fig 4C：應對系統(tǒng)性LCMV感染的上調的基因富集到多種免疫功能相關通路

小結：Systemic LCMV infection thus triggered widespread activation of immune genes that were lowly expressed but epigenetically poised under homeostatic conditions. These results support our model of an epigenetically encoded potential for immune gene activation in structural cells in the context of viral infection.

6. Cytokine response of structural cells

為了探究單個細胞因子對機體LCMV感染反應的效果傻铣，作者對小鼠使用了6個重組的細胞因子(IFNα, IFNγ, IL-3, IL-6, TGFβ和TNF)章贞。細胞因子的選擇是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)和已發(fā)表的數(shù)據(jù)¹。而鑒于IL-3對LCMV感染沒有已知效果非洲，IL-3被用作對照鸭限。

Fig 5A：為了探究炎癥信號通路的即時反應，作者在注射了細胞因子之后分選了前面對LCMV反應強烈的四個臟器 (大腸两踏，肝败京，肺，脾) 中的結構細胞梦染，進行了RNAseq
Fig 5B：作者比較了給細胞因子治療的和mock治療小鼠的結構細胞轉錄變化赡麦，揭示出多種細胞因子介導的轉錄變化。IFNα治療顯示出最強的效果帕识，誘導出已知的干擾素靶標基因和對中抗病毒免疫相關基因泛粹。
Fig 5C：在腎臟內皮細胞(highlighted here because of its strong tran- scriptional response to LCMV infection)，IFNγ和IL-6治療很大一部分解釋了LCMV誘導的變化 (top left)肮疗，細胞因子誘導的基因包括已知的干擾素靶標基因晶姊，轉錄調節(jié)分子比如Nmi和Inpp5d (編碼SHIP1)，和促炎基因Piezo1(right)伪货。除了IL3以外的5個細胞因子治療后的上調基因與具有unrealized epigenetic potential的基因具有重疊们衙。因此寇窑，可以知道哎媚，這些細胞因子在脾臟內皮中觸發(fā)了和系統(tǒng)性LCMV感染相似的表現(xiàn)。
Fig 5D：與脾臟不同的是颖系，肝臟成纖維細胞中愚臀，應對細胞因子的反應與LCMV感染的反應只有很少出現(xiàn)重疊 (top left)忆蚀，但是表觀潛能仍有強相關性 (bottom left)。細胞因子治療引起的基因表達與代謝過程(Cmpk2, Pofut2)以及囊泡/細胞膜轉運和抗原呈遞 (Bloc1s6, H2-Eb1, Rabac1和Sar1a)相關姑裂。
因此馋袜，細胞因子治療觸發(fā)了肝臟成纖維細胞和LCMV感染不同的表觀反應。

小結：structural cells responded in cell-type-specific and organ-specific ways to in vivo stimulation with individual cytokines, which allowed us to functionally dissect the effects of systemic LCMV infection and provides further validation of the observed epigenetic potential for immune gene activity in structural cells.

參考文獻：
1. CD8+ T cells induce cachexia during chronic viral infection. Nat. Immunol. 20, 701–710 (2019).