Investigadores adaptan una variación del sistema CRISPR-Cas9 para activar genes en células inmunitarias humanas y estudiar las consecuencias
CRISPR edición del genoma ha servido como una poderosa herramienta para borrar o alterar letra singular secuencias y estudiando el efecto resultante. Una variación reciente, conocida como CRISPRa, permite a los investigadores activar por la fuerza los genes—en lugar de editarlos— en humanos células. Ahora, los investigadores de Innovative Genómica Institute (IGI), Gladstone Institutes y UC San Francisco (UCSF) han adaptado el sistema CRISPRa a las células inmunitarias humanas. Esta nueva herramienta les brinda una forma más completa y rápida de descubrir genes que desempeñan un papel en la biología de las células inmunitarias de lo que era posible anteriormente.
"Este es un avance emocionante que acelerará la investigación en inmunoterapia", dice Alex Marson, MD, PhD, Director de Salud Humana de IGI y autor principal del nuevo estudio. “Estos experimentos CRISPRa crean una piedra de Rosetta para comprender qué genes son importantes para cada función de las células inmunitarias. A su vez, esto nos dará una nueva perspectiva sobre cómo alterar genéticamente las células inmunitarias para que puedan convertirse en tratamientos para células cancerosas y enfermedades autoinmunes.”
El estudio, publicado en la revista Ciencias:, es el primero en utilizar con éxito CRISPRa a gran escala en células humanas primarias, que son células aisladas directamente de una persona.
Los científicos activaron cada gen en el genoma, en diferentes células, lo que les permite probar casi 20,000 genes en paralelo. Esto les permitió aprender rápidamente las reglas sobre qué genes proporcionan las palancas más poderosas para reprogramar las funciones celulares de manera que eventualmente podrían conducir a inmunoterapias más poderosas.
Un nuevo tipo de CRISPR
El CRISPR-Cas9 El sistema de edición del genoma generalmente se basa en Cas9 proteínas, a menudo descrito como "tijeras moleculares", para cortar el ADN en las ubicaciones deseadas a lo largo del genoma. En los últimos años, Marson y sus colegas han utilizado las tijeras específicas de CRISPR para eliminar selectivamente (o "noquear") genes de varios tipos de células inmunitarias humanas, incluidas las reguladoras las células T y monocitos. Sus resultados han comenzado a iluminar cómo se pueden diseñar las células inmunitarias para que sean más eficaces contra las infecciones, la inflamación o el cáncer. Pero su equipo sabía que todavía les faltaba parte de la historia.
"Eliminar genes es excelente para comprender los conceptos básicos de cómo funcionan las células inmunitarias, pero un enfoque de solo eliminación puede pasar por alto la identificación de algunos genes realmente críticos", dice Zachary Steinhart, PhD, becario postdoctoral en Marson Lab y co-primero. autor del nuevo artículo. En particular, eliminar un gen no te dice qué sucedería si, en cambio, hicieras que el gen fuera más activo.
Entonces, los investigadores recurrieron a CRISPRa, abreviatura de activación de CRISPR. En CRISPRa, la proteína Cas9 se altera para que ya no pueda cortar el ADN. Más bien, los científicos pueden conectar un activador, un interruptor de "encendido" molecular, a Cas9, de modo que cuando se una a un gen, lo active. Alternativamente, pueden conectar un represor, un interruptor de "apagado", a Cas9 para apagar los genes, logrando un resultado similar a un enfoque de eliminación típico (llamado CRISPRi por interferencia CRISPR).
Mapeo de genes de células T
Las células T, un tipo de glóbulo blanco, son uno de los mediadores clave de la inmunidad en el cuerpo humano; no solo atacan a los invasores patógenos, pero también dirige a otras células inmunitarias para que aumenten o disminuyan sus respuestas a los intrusos o las células cancerosas. Este mensaje se logra mediante la producción de moléculas de señalización conocidas como citoquinas. Diferentes tipos de células T producen diferentes repertorios de citocinas, y diferentes citocinas o cócteles de citocinas tienen diferentes efectos sobre la respuesta inmunitaria.
El control de las citocinas de las células T, dice Marson, ofrecería nuevas oportunidades para remodelar respuestas inmunitarias completas en una amplia gama de contextos de enfermedades diferentes. Pero los investigadores tienen una comprensión incompleta de exactamente qué genes controlan qué citoquinas.
En el nuevo trabajo, Marson, Steinhart y el coautor Ralf Schmidt, MD, trabajaron con sus colegas para adaptar CRISPRa y CRISPRi para trabajar con alta eficiencia en células T primarias, algo que nunca antes se había hecho. "Esta eficiencia mejorada en la entrega de la maquinaria CRISPRa o CRISPRi en las células fue fundamental para permitir experimentos en todo el genoma y acelerar los descubrimientos", dice Marson.
Luego, el equipo de investigación utilizó estos enfoques para activar o desactivar casi 20,000 XNUMX genes en células T humanas aisladas directamente de varios voluntarios sanos. Examinaron las células resultantes en busca de cambios en la producción de citoquinas y se centraron en cientos de genes que sirven como reguladores clave de citoquinas, incluidos algunos nunca antes identificados en las pantallas de eliminación.
“Nuestro trabajo demuestra la precisión y escalabilidad de esta tecnología en células T humanas”, dice Schmidt. “Y aprendimos rápidamente las reglas de qué genes se pueden activar para marcar los niveles de ciertas citoquinas”.
Mejores terapias de células T
Para tratar algunos tipos de cáncer, los médicos usan cada vez más la terapia con células CAR-T, en la que las células T se extraen del cuerpo del paciente, se modifican en un laboratorio para atacar las células cancerosas y luego se reinfunden. Impulsar la capacidad de las células T para combatir el cáncer, por ejemplo, alterando su producción de citoquinas, podría hacer que la terapia con células CAR-T sea aún más poderosa.
“Nuestros nuevos datos nos brindan este manual de instrucciones increíblemente completo para las células T”, dice Marson. "Ahora tenemos un lenguaje molecular básico que podemos usar para diseñar una célula T para que tenga propiedades muy precisas". El laboratorio de Marson ahora está estudiando algunos de los genes individuales identificados en su pantalla, además de trabajar para aprovechar aún más CRISPRa y CRISPRi para descubrir genes que controlan otros rasgos críticos en las células inmunitarias humanas.
“Trabajando con el Instituto de Inmunología Genómica Gladstone-UCSF, el Instituto de Genómica Innovadora y la Iniciativa Terapéutica Viva de la UCSF, nuestro equipo ahora espera usar nuestro nuevo manual de instrucciones para crear programas de genes sintéticos que pueden ser diseñados con CRISPR en la próxima generación celular. inmunoterapias para tratar una amplia gama de enfermedades”, dice Marson.
El papel "Las pantallas de activación e interferencia CRISPR decodifican las respuestas de estimulación en las células T humanas primarias” se publicó en la revista Science el 4 de febrero de 2022. Otros autores son Madeline Layeghi, Jacob Freimer, Franziska Blaeschke y Chun Jimmie Ye de Gladstone; y Raymond Bueno y Vinh Nguyen de UCSF. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (DP3DK111914-01), la Fundación Simons, el Fondo Burroughs Wellcome, el Instituto de Investigación del Cáncer, el Instituto Parker para la Inmunoterapia del Cáncer, el Instituto de Genómica Innovadora, los Institutos Nacionales de Salud (P30 DK063720, S10 1S10OD021822-01), Chan Zuckerberg Biohub y obsequios de Brook Byers, Barbara Bakar, Karen Jordan y Elena Radutzky.
Esta historia fue publicada originalmente por el Institutos Gladstone.
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