Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation

无偏转录因子CRISPR筛选确定ZNF800为肠内分泌分化的主要抑制因子

研究背景与意义

肠内分泌细胞（EECs）是位于消化道上皮中的激素产生细胞，它们在调节代谢活动中起着关键作用，包括胰岛素水平、饱腹感、胃肠分泌和运动。EECs的产生涉及多种转录因子（TFs）的精细调控网络，但由于从成年干细胞中高效地诱导EECs的困难，这一调控网络的组成尚不完全清楚。

理解EECs的分化机制对于揭示肠道生理和病理过程中的关键调控因素至关重要。此外，EECs的研究可能为治疗相关代谢疾病提供新的策略。因此，这项研究旨在通过CRISPR筛选技术，系统地鉴定调控EECs分化的转录因子，以期发现新的调控机制和潜在的治疗靶点。

研究简介

研究团队利用优化的人类小肠类器官培养系统，进行了一个无偏的、系统的CRISPR筛选，以鉴定调控EECs分化的转录因子。他们发现ZNF800是一个关键的抑制因子，它通过控制内分泌转录因子网络来发挥主导的抑制作用。

研究亮点

1、这项研究是首次在人类小肠类器官中进行的大规模CRISPR筛选，旨在鉴定调控EECs分化的关键转录因子。

2、研究揭示了ZNF800作为调控EECs分化的主抑制因子，这一发现为理解EECs的分化机制提供了新的视角。

3、通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和ChIP-seq技术，研究详细描绘了ZNF800如何通过直接控制包括PAX4在内的内分泌TF网络来发挥作用。

研究结果

1、ZNF800作为EECs分化的主抑制因子：

通过CRISPR敲除筛选，研究发现ZNF800是一个关键的转录因子，它在调控EECs分化中起到主导的抑制作用。ZNF800敲除后，EECs的数量增加，特别是enterochromaffin（EC）细胞的数量显著增加，而goblet和Paneth细胞的数量减少。

2、ZNF800对EECs亚型的影响：

单细胞RNA测序分析显示，在ZNF800敲除的类器官中，早期EECs和ECs的数量增加，而其他EEC亚型（如L细胞、D细胞等）的数量减少。这表明ZNF800不仅影响EECs的总体分化，还可能影响特定EEC亚型的发育轨迹。

3、ZNF800的直接下游靶基因：

通过ChIP-seq技术，研究团队发现ZNF800直接结合在多个转录因子的基因组区域，包括INSM1、SOX4和PAX4。这些基因已知在EECs的分化中起关键作用。特别是PAX4，作为ZNF800的直接下游靶基因，其敲除能够抑制ZNF800敲除引起的EECs分化，表明PAX4在调控EC细胞分化中的关键作用。

4、PAX4在EECs分化中的作用：

研究进一步发现，PAX4敲除能够减少EECs的数量，并且能够将EC细胞的分化轨迹重定向到其他EEC亚型。这表明PAX4在EECs分化中不仅起到抑制作用，还可能参与决定EECs的亚型特异性。

5、ZNF800和GFI1的独立功能：

研究还探讨了ZNF800和GFI1之间的关系，发现这两个基因在抑制EECs分化中独立发挥作用。GFI1敲除并不影响ZNF800的表达，且GFI1敲除的类器官中EECs的数量并没有显著变化。

6、ZNF800对EECs功能的影响：

研究通过检测血清素（serotonin）的分泌来评估EECs的功能，发现ZNF800敲除的类器官中血清素的分泌减少，这与EC细胞数量的增加相一致，因为EC细胞是血清素的主要生产者。

7、ZNF800在胚胎发育中的潜在作用：

研究还提到ZNF800在人类肠道发育中的表达，暗示它可能在胚胎发育中也扮演重要角色。这一发现为未来研究ZNF800在早期发育中的功能提供了线索。

研究意义

1、这项研究不仅揭示了ZNF800在EECs分化中的重要作用，还为进一步研究EECs的分化机制提供了新的分子靶点。

2、通过优化的人类小肠类器官模型，研究为CRISPR基于功能筛选提供了一个强大的平台，有助于在未来发现更多调控人类肠道生理和病理过程的因子。

3、这些发现为开发新的治疗策略提供了可能，尤其是在代谢疾病和相关肠内分泌疾病中，通过调节ZNF800和PAX4的功能来影响EECs的分化和功能。

论文链接

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37883554/