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耶鲁大学中国学者开创全基因组激活筛选平台在T细胞中的应用,或将广泛用于其它细胞类...

 1 year ago
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麻省理工科技评论-耶鲁大学中国学者开创全基因组激活筛选平台在T细胞中的应用,或将广泛用于其它细胞类型,即将回国入职南大
耶鲁大学中国学者开创全基因组激活筛选平台在T细胞中的应用,或将广泛用于其它细胞类型,即将回国入职南大
几年前,叶露鹏在女友洪玲娟的鼓励下考入浙大读研,最终俩人一起攻下博士学位并结为夫妇。后来,他们一起到耶鲁大学深造,期间二人事业&家庭“两手抓”,不仅发表多篇顶刊论文,还迎来了宝宝。如今,叶露鹏
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几年前,叶露鹏在女友洪玲娟的鼓励下考入浙大读研,最终俩人一起攻下博士学位并结为夫妇。后来,他们一起到耶鲁大学深造,期间二人事业&家庭“两手抓”,不仅发表多篇顶刊论文,还迎来了宝宝。如今,叶露鹏即将回国加入南京大学,妻子也正在面试教职。

图 | 叶露鹏和妻子洪玲娟(来源:叶露鹏)

就在 3 月 10 日,叶露鹏担任第一作者的最新论文,以《CD8 T 细胞中实现全基因组激活 CRISPR 筛选并发现脯氨酸代谢可以增强 CAR-T 治疗》(A genome-scale gain-of-function CRISPR screen in CD8 T cells identifies proline metabolism as a means to enhance CAR-T therapy)为题,发表在 Cell Metabolism 上 [1]。

图 | 相关论文(来源:Cell Metabolism)
叶露鹏表示,总的来说该研究开创了 CRISPR 激活筛选(gain-of-function screen)技术在 T 细胞当中的应用。首先是解决了技术问题,其次是通过筛选发现了新靶点,在验证新靶点的过程中发现了一些新知识。就 dgRNA-CRISPR 激活筛选平台本身而言,它是全新的技术,此前尚未被报道过。
(来源:Cell Metabolism)
对于应用前景,他说:“毫无疑问,我们建立的全基因组激活筛选平台不仅仅局限于 T 细胞,它可以被广泛应用到其它细胞类型,解决不同的科学问题。”PRODH2 已经被证明可以重编程 T 细胞的代谢,未来也可将 PRODH2 重编程的 CAR-T 细胞用于临床研究,提高肿瘤免疫治疗或是细胞治疗的效果。另外,此次他还提出“CAR-T 代谢重编程”的理念,CAR-T 细胞的代谢对于肿瘤治疗效果至关重要,相信未来会有更多相关研究。

该工作的立项背景在于,过去 5 年左右 CRISPR 筛选技术被广泛用于不同领域,肿瘤免疫学领域也不例外。但是叶露鹏和同事发现这些都是基于基因敲除的筛选(loss-of-function screen)。相比激活筛选,敲除筛选更容易一些。特别是在免疫细胞中比如 T 细胞,相比其它细胞类型,原代 T 细胞是一类比较难基因编辑的细胞,激活筛选的难度就更大,因为要同时递送更多的 DNA 原件。

(来源:Cell Metabolism)
截至目前,已有多项研究报道通过敲除筛选即可在 T 细胞中找到多个新靶点,例如一些免疫抑制因子。然而,一些“免疫增强因子”却无法通过敲除筛选来找到。因此,在 T 细胞中建立激活筛选平台非常重要,也非常有必要。

通过 CRISPR 激活筛选平台,即可找到一些新靶点并直接用于 T 细胞或是 CAR-T 细胞的重编程,借此改善 T 细胞的功能,使其具备更强的抗肿瘤能力。

从技术层面上讲,审稿专家认为该研究建立了全新的筛选平台,实现从全新角度寻找新靶点。从研究本身来讲,审稿人认为这是一项非常庞大的研究,研究结果具备重要的参考价值,涉及到激活筛选平台的建立、新靶点的鉴定、CAR-T 细胞重编程,再到代谢组学、转录组学、以及机制探索等。

还有专家认为,此次建立的 CRISPR 全基因组激活文库,对于整个科学界来说都是非常有用的工具,而且整个转录组和代谢组的数据,对于进一步了解 PRODH2 基因的功能,也将是非常有用的资源。

(来源:Cell Metabolism)

“这个想法在当时非常前沿”

早在 2015 年,叶露鹏就开始接触 dgRNA-CRISPR 这一系统,那时他还在浙大药学院韩峰教授的实验室。当时他的想法是运用该系统来重编程 DNA 损伤修复的途径,希望能用 dgRNA-CRISPR 系统来抑制非同源末端连接的效率,这是一个容易出错、但是占据主导地位的 DNA 修复途径,同时激活同源重组的修复途径尽管精准不过 DNA 修复效率较低。故此,提高同源重组的效率意义重大,因它对基因治疗和细胞治疗非常重要,此前这一研究的相关论文已于 2018 年发表。

巧合的是,在他加入耶鲁大学医学院陈斯迪教授实验室之后,发现该课题组对 dgRNA-CRISPR 系统也很感兴趣,并想用它在 T 细胞上做一个全基因组的 CRISPR 激活筛选,以寻找未知的免疫增强因子。

“这个想法在当时非常前沿,在免疫细胞上更是没人做过,同时我对这个系统已经是熟门熟路了。很快,我花了两年时间完成在小鼠 CD8 T 中的激活筛选,也初步验证了一些新靶点。”叶露鹏表示。

2018 年底,他和同事将论文初稿投给 Nature。尽管论文概念比较新颖,但是审稿回来之后被拒了,理由是对靶点的机制研究不够深入。后来他就“老老实实”地聚焦在机制研究上,直到 2019 年底投给 Nature Biotechnology

但也并非 100% 顺利,他说记得实验室出现过一次财政危机,经费没能及时接上,而且多篇文章投稿也都不是很顺利,频频被拒。所以大家只能暂停一部分工作,做最重要的实验。当时他只好暂停好几个项目包括暂停此次发表的论文的研究,全身心聚焦在 2019 年发表在 Nature Biotechnology 的论文上,整个过程持续大半年,直到后来实验室多篇论文相继发表,经费申请也变得顺利多了。

而对于本次论文,他谈到:“这项研究在我手里前前后后花了 5 年多,比它晚开始的论文都在 2019 年发表了。所以做研究有很多不确定因素,我们可以做的就是将工作做好,同时心态也很重要,要沉得住气。”

经费问题解决后,他又因疫情导致实验一度中断。2020 年 2 月,此次论文的审稿意见返回,要求六个月之内修回。很不巧的是,新冠病毒开始在全球爆发,耶鲁所有实验室在当年 3 月关闭,直到 6 月才允许部分科研人员错峰进入实验室。

他说:“我当时是每天晚上去实验室工作(白天带小孩)。由于新冠的影响,文章修回整整用了九个月,直到 11 月份才投回去。更不巧的是,负责我这篇文章的编辑刚好离职了,新接手的编辑无情地将我的文章给拒了。结果非常让人沮丧,但是好在文章做得相对比较完整,也为后来顺利发表在 Cell Metabolism提高了几率。”

叶露鹏补充称,其实投给 Cell Metabolism 时颇有几分担忧,毕竟他所在团队并非做代谢出身。结果出乎他的意料,编辑很喜欢这项工作,给了半年时间修改返回,最终顺利发表。

本科时被女友鼓励顺利考研,双双留学如今全家即将回国

叶露鹏是浙江丽水人,他说读本科时对于职业规划还不是很清晰,生活也相对比较单调,最大乐趣是打篮球、看球赛,以及参加学校的健美操训练。直到后来他遇到当时的女朋友(目前两人已成家)。

在对方的熏陶下,他开始静下心来学习,每天跑图书馆准备考研。最终,他们同时被浙江大学录取,开启了从未想过的研究生生涯。

他说:“我在浙大花了 5 年时间完成硕博连读并拿到了理学博士学位。期间获得过优秀研究生称号、光华奖学金、优秀博士生奖学金、以及优秀毕业生奖学金等。在随后的一年多时间里,我在浙大药学院进行了博士后训练,从事自己最感兴趣的领域-基因编辑。自 2017 年初加入耶鲁大学医学院以后,我的研究便主要围绕基因编辑和癌症,运用最前沿的基因编辑技术改善癌症的治疗。”

在耶鲁五年间,他领导和参与了最早一批在免疫细胞(特别是 T 细胞)中建立 CRISPR 筛选平台的研究,包括 loss-of-function 和 gain-of-function CRISPR 筛选,并发现了多个全新免疫抑制因子和免疫增强因子,这些新靶点被证明可以用于改善肿瘤免疫治疗。并以一作或共同一作身份,把相关论文发在CellNature BiotechnologyCell MetabolismNature MethodsCell Discovery 等期刊,也申请过多项国际专利。

在耶鲁他和妻子也度过了难忘的五年。前面两年,俩人还算比较自由,叶露鹏把全部精力放在科研上,基本每天工作都超过 12 个小时。到了第三年,儿子出生了。有了小孩之后,生活变得艰难多了,他俩不仅要工作,还要平衡生活、照顾孩子,每天都累到趴下。

图 | 叶露鹏和妻子在美国(来源:叶露鹏)
他说:“我还是挺为我爱人感到自豪的,她在小孩上花费的精力比我多,同时还能把自己工作多年的项目写成论文发表在一个不错的杂志上。希望她很快也能找到自己满意的工作,同时也希望我们国家和社会能给女性科学家更多的关注和支持,事业和家庭同时兼顾真的很不容易。”

目前,叶露鹏已经拿到南京大学现代生物研究院的 offer,不久的未来即将回国担任该院的 Tenure-track 助理教授、特聘研究员和博士生导师。未来,他希望能继续在癌症治疗和细胞治疗领域做出更多原创性成果。

提及回国他表示:“说实话,我从出国到现在一直没想过要留在美国,可能是文化和情结的原因吧,回国工作的意愿一直没有动摇过。现在中国也非常重视基础研究,跟美国的差距也越来越小,我相信在美国能做的事情回国之后也能做!我也希望有更多的年轻科学家能回国发展。”

-End-

1、Ye, L., Park, J. J., Peng, L., Yang, Q., Chow, R. D., Dong, M. B., ... & Chen, S. (2022). A genome-scale gain-of-function CRISPR screen in CD8 T cells identifies proline metabolism as a means to enhance CAR-T therapy. Cell Metabolism.


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