CRISPR-Screens identifizieren GLIS3 als zentralen Schalter bei der Darmfibrose

Fibrose ist für einen großen Teil der krankheitsbedingten Todesfälle verantwortlich, und bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) kann sie auch dann fortbestehen, wenn die Entzündung behandelt wird. Breit wirkende Immunsuppressiva verbessern die langfristigen fibrotischen Verläufe nicht, und für die Fibroblasten, die Vernarbung und Anti-TNF-Resistenz vorantreiben, fehlten bislang klare, spezifische molekulare Zielstrukturen. Diese Studie wollte klären, wie diese Zellen aktiviert werden und was sie steuert.

Das Team integrierte Einzelzell-RNA-seq-Daten (29 Proben ohne CED, 29 mit Colitis ulcerosa und 57 mit Morbus Crohn) mit der räumlichen Xenium-Profilierung von reseziertem Darmgewebe, insgesamt mehr als vier Millionen Zellen. Entzündungsassoziierte Fibroblasten (IAFs) nahmen in entzündetem Gewebe zu, exprimierten IL11, Kollagen- und Matrix-Umbaugene sowie Neutrophile anlockende Chemokine und fanden sich in Nischen mit aktiver oder chronischer Kolitis zusammen mit FCN1+IL1B+-Makrophagen. Bei Mäusen verringerte die konditionale Deletion von Il11 bei chronischer DSS-Kolitis die Kollagenablagerung, das Hydroxyprolin und die Expression von Kollagengenen, ohne das Ausmaß der Entzündung zu verändern. Eine Il11-Reportermaus zeigte, dass IL-11 nach einer Schädigung nur in Fibroblasten in der Nähe von Makrophagen exprimiert wird, wobei die IAFs der Maus den menschlichen Zellen ähnelten.

In Kokulturen induzierten nur proinflammatorische Makrophagen IL-11 in Fibroblasten. Durch computergestütztes Liganden-Screening und anschließende Tests wurde dies auf makrophagenabgeleitetes TGFβ und IL-1β eingegrenzt, die synergistisch wirkten; das Ausschalten ihrer Rezeptoren in Fibroblasten hob die IAF-Antwort auf. Bei Mäusen verringerte die Neutralisierung eines der beiden Zytokine die IL-11+-Fibroblasten, verbesserte aber die Gesamterkrankung nicht, wahrscheinlich weil beide Zytokine auf viele Zelltypen wirken.

Um fibroblasteneigene Regulatoren zu finden, führten die Autoren parallele genomweite CRISPR-Knockout- und Aktivierungs-Screens mit einem endogenen IL-11-Reporter durch und erhielten 61 gemeinsame Treffer, darunter bekannte Gene der TGFβ- und IL-1-Signalwege. GLIS3 erwies sich als aussichtsreichster Kandidat: Sein Knockout senkte IL-11, seine Aktivierung steigerte IL-11, auch in der Makrophagen-Kokultur. GLIS3 wurde durch Makrophagensignale sowie durch TGFβ/IL-1β hochreguliert, und mittels RNA-seq wurden mehr als 150 GLIS3-Effektorgene identifiziert, darunter LIF, FAP und MMP2. Das Abstract berichtet ferner, dass die Stärke des GLIS3-Programms in Biopsien den Schweregrad der Colitis ulcerosa stratifiziert und dass die fibroblastenspezifische Deletion von Glis3 die chronische Kolitis bei Mäusen lindert.

Zusammengenommen definieren diese Daten einen Makrophagen-Fibroblasten-Schaltkreis, der Entzündung mit Fibrose verbindet, und schlagen GLIS3 als fibroblastenspezifischen Knotenpunkt vor. Einschränkungen: Der vorliegende Text ist gekürzt, sodass Details zum GLIS3-Netzwerk, zur Patientenstratifizierung und zu den Glis3-Knockout-Ergebnissen dem Abstract entnommen sind; ein Großteil der mechanistischen Arbeiten nutzte Zellkulturen und DSS-Mausmodelle, und eine therapeutische Beeinflussung von GLIS3 wurde bei Patienten nicht getestet.