Metabolic modeling of single Th17 cells reveals regulators of autoimmunity

生物 细胞生物学 FOXP3型 代谢途径 转录组 自身免疫 免疫系统 表观基因组 免疫学 炎症 新陈代谢 生物化学 基因表达 基因 DNA甲基化
作者
Allon Wagner,Chao Wang,Johannes Fessler,David DeTomaso,Julián Ávila-Pacheco,James J. Kaminski,Sarah Zaghouani,Elena Christian,Pratiksha I. Thakore,Brandon Schellhaass,Elliot H. Akama‐Garren,Kerry A. Pierce,Vasundhara Singh,Noga Ron‐Harel,Vivian Paraskevi Douglas,Lloyd Bod,Alexandra Schnell,Daniel J. Puleston,Raymond A. Sobel,Marcia C. Haigis
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:184 (16): 4168-4185.e21 被引量:483
标识
DOI:10.1016/j.cell.2021.05.045
摘要

Metabolism is a major regulator of immune cell function, but it remains difficult to study the metabolic status of individual cells. Here, we present Compass, an algorithm to characterize cellular metabolic states based on single-cell RNA sequencing and flux balance analysis. We applied Compass to associate metabolic states with T helper 17 (Th17) functional variability (pathogenic potential) and recovered a metabolic switch between glycolysis and fatty acid oxidation, akin to known Th17/regulatory T cell (Treg) differences, which we validated by metabolic assays. Compass also predicted that Th17 pathogenicity was associated with arginine and downstream polyamine metabolism. Indeed, polyamine-related enzyme expression was enhanced in pathogenic Th17 and suppressed in Treg cells. Chemical and genetic perturbation of polyamine metabolism inhibited Th17 cytokines, promoted Foxp3 expression, and remodeled the transcriptome and epigenome of Th17 cells toward a Treg-like state. In vivo perturbations of the polyamine pathway altered the phenotype of encephalitogenic T cells and attenuated tissue inflammation in CNS autoimmunity.
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