组蛋白甲基化酶Ezh2调控NK细胞杀伤功能的机制研究

Natural killer (NK) cells as important innate lymphoid cells (ILCs) are potential candidates for immunotherapy against cancer and virus infection. Achieve effective regulation of NK cell function is important for the development of NK cell based immunotherapy. Histone methyltransferase Ezh2 can regulate gene expression by depositing H3K27me3 modification on gene loci, and it has been reported that Ezh2 plays important roles in development and tumor progression. The specificity and reversibility of histone methylation make Ezh2 an ideal drug target. Our preliminary study for the first time revealed that Ezh2 could regulate the cytotoxicity of NK cells. Blocking the enzyme activity of Ezh2 in human NK cell line or isolated primary human NK cells with small molecular inhibitors could promote NK cell degranulation toward target cell significantly. In this project we will thoroughly investigate “ The role of histone methyltransferase Ezh2 in NK cell cytotoxicity”, define the critical step in NK cell cytotoxicity influenced by Ezh2, discover key regulators downstream of Ezh2, and detect the effect of Ezh2 deficient NK cells on leukemia progression in mouse model. Our investigation will reveal the mechanism of Ezh2 in regulation of NK cell cytotoxicity, and provide valuable information for the improvement of NK cell based immunotherapy.

NK细胞作为原初免疫淋巴细胞在免疫治疗领域蕴含着巨大潜力。实现对NK细胞功能的有效调控具有重要的临床意义。组蛋白甲基化酶Ezh2能够通过对基因位点的组蛋白进行H3K27me3修饰来调控基因表达，在发育和肿瘤形成中均起重要作用。组蛋白甲基化修饰特异且可逆，使得Ezh2成为了理想的抗癌药物靶点。我们的前期研究首次发现Ezh2能够调控NK细胞的杀伤功能，用小分子抑制人NK细胞系和人原代成熟NK细胞中的Ezh2酶活性均能够显著促进NK细胞分泌溶解性细胞毒性颗粒的能力。在此项目中，我们将进行“组蛋白甲基化酶Ezh2调控NK细胞杀伤功能的机制研究”，明确受Ezh2影响的NK细胞活化和杀伤的关键步骤，发现Ezh2下游的关键调控因子，并在小鼠白血病模型中检测 Ezh2 缺陷的NK细胞对白血病进程的影响。我们的研究将首次揭示Ezh2调控NK细胞杀伤功能的分子机制，具有重要的科学意义和良好的临床转化前景。

NK细胞作为原初免疫淋巴细胞在免疫治疗领域蕴含着巨大潜力，实现对NK细胞功能的有效调控具有重要的临床意义。我们的前期研究发现，组蛋白甲基化酶Ezh2可以调控NK细胞的发育和功能，无论是用小分子抑制Ezh2的酶活性还是用干扰RNA敲降Ezh2的表达均能够显著促进成熟NK细胞分泌溶解性毒性颗粒，预示Ezh2可以影响成熟NK细胞的杀伤功能。在此项目中我们深入研究了Ezh2对成熟NK细胞杀伤功能的影响和相关分子机制。研究发现，虽然Ezh2活性抑制或者敲降后NK细胞的脱颗粒能力增强，但是NK细胞杀伤靶细胞的能力却是被削弱的，详细研究表明Ezh2酶活性抑制并不影响NK细胞与靶细胞的结合、免疫突触的形成和毒性颗粒的极化，推断可能是毒性颗粒的释放过程受到了影响。有研究表明，NK细胞内钙离子内流的升高会导致NK细胞异常的毒性颗粒释放，检测发现Ezh2酶活性抑制的确会显著增高NK细胞被激活后的钙离子内流水平。高通量测序分析显示，Ezh2小分子抑制剂UNC1999处理NK92MI细胞后，有460个基因的表达显著上调，包括离子通道基因集，其中变化最显著的基因是钙离子通道PKD2，经验证PKD2基因在mRNA水平和蛋白水平的表达的确显著上调。对GEO数据库中一系列ChIP-seq数据的分析显示，人外周血NK细胞的PKD2的启动子区具有很显著的H3K27me3修饰，同时还可以观察到H3K4me1和H3K4me3的修饰，说明PKD2在静息状态下的NK细胞中处于“Poised”状态，是被Ezh2调控的靶基因。另外，我们建立了在NK 细胞中特异性敲除Ezh2基因的小鼠模型，Ncr1iCreEzh2fl/fl（Ezh2-/-）。基于小鼠模型的实验表明，Ezh2在NK细胞中缺失后会显著促进NK细胞的成熟和功能，这与Ezh2-/-小鼠肺癌转移模型中更强的抗肿瘤转移能力是相对应的。综上所属，我们的研究发现了Ezh2对不同发育阶段NK细胞功能的影响和相关机制，Ezh2在NK细胞早期发育阶段的缺失可以促进NK细胞的发育和成熟，提高NK整体功能，抑制肿瘤转移，但是Ezh2在已经发育成熟的终末端NK细胞中的酶活性抑制和缺失却会影响钙离子通道PKD2的表达，进而影响NK细胞的毒性颗粒释放，抑制其杀伤功能。