研究人员采用 CRISPR-Cas9 系统的变体来激活人类免疫细胞中的基因并研究其后果
CRISPR 基因组编辑 已作为删除或更改的强大工具 的DNA 序列并研究产生的效果。 最近的一个变种，称为 克里斯普拉，允许研究人员强行激活 基因——而不是编辑它们——在人类中 细胞. 现在，创新中心的研究人员 基因组学 研究所 (IGI)、格莱斯顿研究所和加州大学旧金山分校 (UCSF) 已将 CRISPRa 系统应用于人类免疫细胞。 这种新工具为他们提供了一种比以前更彻底、更快速的方法来发现在免疫细胞生物学中发挥作用的基因。
“这是一个令人兴奋的突破，将加速免疫疗法研究，”IGI 人类健康主任和这项新研究的资深作者 Alex Marson 医学博士说。 “这些 CRISPRa 实验创造了一个罗塞塔石碑，用于了解哪些基因对免疫细胞的每个功能都很重要。 反过来，这将使我们对如何对免疫细胞进行基因改造以使其成为治疗 癌症 和自身免疫性疾病。”
这项研究发表在杂志 科学, 是第一个在原代人类细胞中大规模成功使用 CRISPRa 的，这些原代细胞是直接从人身上分离出来的细胞。
科学家们激活了细胞中的每个基因 基因组 在不同的细胞中，使他们能够并行测试近 20,000 个基因。 这使他们能够快速了解哪些基因提供了最强大的杠杆来重新编程细胞功能的规则，最终可能导致更强大的免疫疗法。
一种新型 CRISPR
CRISPR-Cas9 基因组编辑系统通常依赖于 Cas9 蛋白质，通常被描述为“分子剪刀”，用于在基因组的所需位置切割 DNA。 近年来，Marson 和他的同事们使用 CRISPR 的靶向剪刀从各种类型的人类免疫细胞中选择性地去除（或“敲除”）基因，包括调节 T细胞 和单核细胞。 他们的结果已经开始阐明如何设计免疫细胞以更有效地抵抗感染、炎症或癌症。 但他的团队知道他们仍然缺少故事的一部分。
“敲除基因非常有助于了解免疫细胞功能的基础知识，但仅敲除的方法可能会错过精确定位一些真正关键的基因，”马森实验室的博士后学者和共同第一人 Zachary Steinhart 博士说新论文的作者。 特别是，敲除一个基因并不能告诉你如果你让这个基因更活跃会发生什么。
因此，研究人员转向了 CRISPRa，即 CRISPR 激活的缩写。 在 CRISPRa 中，Cas9 蛋白发生了改变，使其不能再切割 DNA。 相反，科学家们可以将一个激活剂——一个分子“开启”开关——连接到 Cas9，这样当它与一个基因结合时，它就会激活它。 或者，他们可以将一个阻遏物——一个“关闭”开关——连接到 Cas9 以关闭基因，从而实现类似于典型的敲除方法（称为 CRISPRi 用于 CRISPR 干扰）的结果。
绘制 T 细胞基因图谱
T细胞是一种白细胞，是人体免疫的关键介质之一； 他们不仅针对入侵 病原体，但也指导其他免疫细胞增加或减少它们对入侵者或癌细胞的反应。 这种信息传递是通过产生称为细胞因子的信号分子来实现的。 不同类型的T细胞产生不同的细胞因子库，不同的细胞因子或细胞因子混合物对免疫反应有不同的影响。
Marson 说，控制 T 细胞细胞因子将为在各种不同的疾病环境中重塑整个免疫反应提供新的机会。 但研究人员对哪些基因控制哪些细胞因子的确切了解并不完整。
在这项新工作中，Marson、Steinhart 和共同第一作者、医学博士 Ralf Schmidt 与他们的同事合作，使 CRISPRa 和 CRISPRi 能够在原代 T 细胞中高效工作——这是前所未有的。 “这种将 CRISPRa 或 CRISPRi 机器输送到细胞中的效率提高对于实现全基因组实验和加速发现至关重要，”Marson 说。
然后，研究小组使用这些方法激活或灭活直接从多名健康志愿者分离的人类 T 细胞中的近 20,000 个基因。 他们筛选了产生的细胞中细胞因子产生的变化，并集中在数百个充当关键细胞因子调节剂的基因上，其中包括一些以前从未在敲除筛选中发现的基因。
“我们的工作证明了这项技术在人类 T 细胞中的精确性和可扩展性，”施密特说。 “我们很快就了解了可以打开哪些基因来调节某些细胞因子水平的规则。”
更好的 T 细胞疗法
为了治疗某些癌症类型，临床医生越来越多地使用 CAR-T 细胞疗法，其中 T 细胞从患者体内取出，在实验室中进行工程改造以靶向癌细胞，然后再注入。 提高 T 细胞对抗癌症的能力——例如，通过改变其细胞因子的产生——可以使 CAR-T 细胞疗法更加强大。
“我们的新数据为我们提供了非常丰富的 T 细胞指导手册，”Marson 说。 “现在我们有了一种基本的分子语言，可以用来设计 T 细胞，使其具有非常精确的特性。” Marson 的实验室现在正在研究他们筛选出的一些个体基因，并努力进一步利用 CRISPRa 和 CRISPRi 来发现控制人类免疫细胞中其他关键特征的基因。
“与 Gladstone-UCSF 基因组免疫学研究所、创新基因组学研究所和 UCSF 生活治疗计划合作，我们的团队现在希望使用我们的新指导手册来创建合成基因程序，这些程序可以通过 CRISPR 工程化到下一代细胞中免疫疗法可以治疗多种疾病，”Marson 说。
论文“CRISPR激活和干扰筛选解码人类原代T细胞的刺激反应》于 4 年 2022 月 3 日发表在《科学》杂志上。其他作者是格莱斯顿的 Madeline Layeghi、Jacob Freimer、Franziska Blaeschke 和 Chun Jimmie Ye； 以及加州大学旧金山分校的 Raymond Bueno 和 Vinh Nguyen。 这项工作得到了美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所 (DP111914DK01-30)、西蒙斯基金会、Burroughs Wellcome 基金、癌症研究所、帕克癌症免疫疗法研究所、创新基因组学研究所、美国国立卫生研究院的支持（P063720 DK10、S1 10S021822OD01-XNUMX）、Chan Zuckerberg Biohub，以及 Brook Byers、Barbara Bakar、Karen Jordan 和 Elena Radutzky 的礼物。
这个故事最初是由 格拉德斯通研究所.
媒体联络：
安迪·默多克，andymurdock@berkeley.edu
朱莉·兰格利尔，julie.langelier@gladstone.org
