Τα Τ κύτταρα είναι σκληροί πολεμιστές. Με έναν μόνο υπαινιγμό μιας επίθεσης -είτε είναι μια μόλυνση είτε ένας εκκολαπτόμενος καρκίνος- συσπειρώνονται, αυξάνονται σε αριθμούς και ξεκινούν μια άμυνα πλήρους κλίμακας.
Αλλά δεν είναι ανίκητοι. Μερικές φορές οι κυτταρικοί στρατιώτες γίνονται υπερβολικά ζήλοι, επιτίθενται σε φιλικούς ιστούς. Ή οι άμυνές τους εξαφανίζονται από ιδιαίτερα ειδεχθείς εχθρούς, όπως Τον ιό HIV και καρκίνο.
Μπορούμε να αυξήσουμε –ή να μειώσουμε– τη ζέση τους τροποποιώντας τα γονίδιά τους;
Εισαγάγετε ένα νέο είδος CRISPR. Γνωστή ως επί το πλείστον ως πολυεργαλείο για να κόψετε, να κόψετε, να επεξεργαστείτε ή με άλλο τρόπο να γονατίσετε ένα υπάρχον γονίδιο, αυτή η έκδοση - με το όνομα CRISPRa - ενεργοποιεί αναγκαστικά τα γονίδια. Βελτιστοποιήθηκε από Οι επιστήμονες στα Ινστιτούτα Gladstone και στο UC του Σαν Φρανσίσκο, το εργαλείο αντισταθμίζεται από το CRISPri—«i» για «παρέμβαση», η οποία, μαντέψατε, παρεμβαίνει στην έκφραση του γονιδίου.
Αν και προηγουμένως χρησιμοποιήθηκαν σε αθάνατα κύτταρα που αναπτύχθηκαν σε εργαστήρια, αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτά τα εργαλεία CRISPR ανανεώνονται για κύτταρα που εξάγονται από το σώμα μας. Μαζί, τα εργαλεία εξέτασαν ταυτόχρονα σχεδόν 20,000 γονίδια σε Τ-λεμφοκύτταρα που απομονώθηκαν από ανθρώπους, δημιουργώντας έναν τεράστιο γενετικό μεταφραστή—από γονίδια σε λειτουργία—που χαρτογραφεί τον τρόπο με τον οποίο τα μεμονωμένα γονίδια επηρεάζουν τα Τ κύτταρα.
Τα αποτελέσματα δίνουν μια άνευ προηγουμένου ματιά στα προστατευτικά του σώματός μας. Καθορίζουν επίσης έναν οδικό χάρτη για τη γενετική μεταβολή των Τ κυττάρων, είτε πρόκειται να ενισχύσουν περαιτέρω ανοσοθεραπείες όπως π.χ. ΚΑΡΟΤΣΑΚΙ ή για την αντιμετώπιση αυτοάνοσων διαταραχών.
«Πρόκειται για μια συναρπαστική ανακάλυψη που θα επιταχύνει την έρευνα για την ανοσοθεραπεία». είπε Ο Dr. Alex Marson στο Gladstone, ο οποίος ηγήθηκε η μελέτη. «Αυτά τα πειράματα CRISPRa δημιουργούν μια πέτρα Rosetta για την κατανόηση ποια γονίδια είναι σημαντικά για κάθε λειτουργία των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος».
Το Immune Arsenal
Το ανοσοποιητικό μας σύστημα είναι ένα εξαιρετικά συντονισμένο κυτταρικό στρατιωτικό σύμπλεγμα.
Ακριβώς όπως οι αεροπορικές, ναυτικές και επίγειες δυνάμεις, το ανοσοποιητικό σύστημα διαθέτει επίσης εξειδικευμένες κυτταρικές μονάδες. Τα Β κύτταρα, για παράδειγμα, απελευθερώνουν αντισώματα -τους πύραυλους μεγάλου βεληνεκούς του σώματος- ενάντια σε ιούς, βακτήρια και άλλα εισβάλλοντα παθογόνα. Φυσικά φονικά κύτταρα κυνηγήστε ανελέητα καρκινικά κύτταρα μόλις εμφανιστούν (και ναι, αυτή είναι η επιστημονική τους ονομασία). Μακροφάγα είναι τεράστιοι άγριοι που τρώνε κυριολεκτικά τους εχθρούς τους και φτύνουν τα υπόλοιπα κομμάτια ενώ ειδοποιούν άλλες δυνάμεις για εισβολή.
Αλλά αναμφισβήτητα, Τα Τ κύτταρα είναι το κέντρο εντολών. Αυτά τα κύτταρα, μια οικογένεια με διαφορετική μοριακή εμφάνιση και ρόλους, συντονίζουν πολλαπλές πτυχές του ανοσοποιητικού συστήματος. Μερικοί συγκεντρώνουν νοημοσύνη και την καταγράφουν στο μοριακό βιβλίο του σώματος για να προετοιμαστούν για τον επόμενο γύρο εισβολών. Άλλοι αμέσως απομακρύνουν τους εχθρούς που είχαν συναντήσει στο παρελθόν. Τα Τ κύτταρα μπορούν επίσης να ελέγχουν και να συντονίζουν πολλαπλές επιθέσεις ταυτόχρονα και είναι απαραίτητα για την εξισορρόπηση της ανοσίας επί δεκαετίες.
Το μυστικό τους όπλο; Κυτοκίνες.
Οι κυτοκίνες είναι μικροσκοπικά μόρια του ανοσοποιητικού που λειτουργούν τόσο ως πύραυλοι όσο και ως συσκευές επικοινωνίας. Όπως ο κώδικας Μορς, διαφορετικοί τύποι κυτοκινών μεταφέρουν διαφορετικές πληροφορίες. Τα Τ κύτταρα δεν είναι οι μόνοι παραγωγοί κυτοκινών μεταξύ των κυττάρων του ανοσοποιητικού. Ωστόσο, αντλούν κυτοκίνες που ακούγονται απειλητικά, όπως οι ιντερφερόνες, οι οποίες βοηθούν στο συντονισμό μιας ενωμένης επίθεσης κατά των εισβολέων.
Το πρόβλημα? Ό,τι γνωρίζουμε για αυτά τα ισχυρά κύτταρα προέρχεται κυρίως από δεδομένα από απαθανατισμένες κυτταρικές σειρές, οι οποίες επιλέγονται προσεκτικά για να αναπτυχθούν μέσα σε τρυβλία Petri. Είναι λίγο σαν (υποθετικά) να μελετάς τα ζόμπι για να κατανοήσεις τους ανθρώπους - κάποιες ομοιότητες, αλλά πολύ διαφορετικές όσον αφορά τις βιολογικές εσωτερικές λειτουργίες.
Εισαγάγετε το CRISPra
Η ομάδα ξεκίνησε με έναν απλό στόχο: ας αξιοποιήσουμε το CRISPRa για να ανακαλύψουμε τα τεράστια δίκτυα επικοινωνίας των Τ κυττάρων.
Το CRISPRa ήταν εισήγαγε πριν από πάνω από μισή δεκαετία ως ένας τρόπος για να τονωθεί, αντί να αναστέλλεται, η γονιδιακή έκφραση. Εδώ, το κλασικό στοιχείο «ψαλίδι» του CRISPR απενεργοποιείται. Αντίθετα, το εργαλείο συνδέεται με μια πρωτεΐνη που στρατολογεί τον μοριακό μηχανισμό για την ενεργοποίηση ενός γονιδίου και με τη σειρά του ενισχύει την ικανότητα ενός γονιδίου να παράγει πρωτεΐνες χωρίς να τροποποιεί το ίδιο το γονίδιο. Ως αντίβαρο, οι συγγραφείς εισήγαγαν επίσης το CRISPRi, το ανασταλτικό εργαλείο για την καταστολή της γονιδιακής έκφρασης. Τα εργαλεία διαφημίστηκαν ως περιοδεία για την αποτελεσματική εξέταση ολόκληρου του γονιδιώματός μας με στόχο την εύρεση μοριακών συνδέσμων που οδηγούν σε υγεία ή ασθένεια.
Ωστόσο, ενώ είναι αποτελεσματικά σε απαθανατισμένα κύτταρα, τα εργαλεία, που παραδίδονται με έναν στειρωμένο ιό, δεν μπορούσαν να περάσουν αποτελεσματικά σε ανθρώπινα κύτταρα που απομονώθηκαν από το σώμα - που ονομάστηκαν «πρωτεύοντα κύτταρα».
Αυτά είναι τα ζητήματα που αντιμετώπισε η νέα μελέτη. Η ομάδα ανέπτυξε αρχικά μια βελτιωμένη συνταγή παραγωγής και παράδοσης φακοϊού, έτσι ώστε τα εργαλεία να ενσωματωθούν καλύτερα στα πρωτεύοντα ανθρώπινα Τ κύτταρα. Μετά ήρθε ένας ειδικός πράκτορας — ο Διαμεσολαβητής συνεργικής ενεργοποίησης CRISPRa (SAM)— που ενισχύει την έκφραση του γονιδίου στόχου.
«Αυτή η βελτιωμένη αποτελεσματικότητα στην παροχή του μηχανήματος CRISPRa ή CRISPRi στα κύτταρα ήταν κρίσιμη για να επιτραπούν πειράματα σε όλο το γονιδίωμα και να επιταχυνθούν οι ανακαλύψεις», είπε ο Marson.
Σε μια αρχική απόδειξη της ιδέας, η ομάδα χρησιμοποίησε το εργαλείο σε ανοσοκύτταρα Τ που απομονώθηκαν από δύο ανθρώπινους δότες. Μαζί, βρήκαν -ή υποβάθμισαν- σχεδόν 20,000 γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, εστιάζοντας ειδικά σε δύο κυτοκίνες: την IL-2 και την IFN-γάμα.
Και τα δύο είναι βαριά επιθετικά στο ανοσοποιητικό σύστημα. Η IL-2 συνήθως αντλείται από έναν τύπο Τ κυττάρων. Ο μοριακός αγγελιοφόρος βοηθά στο συντονισμό πρόσθετων δυνάμεων του ανοσοποιητικού στρατού και χρησιμοποιείται ήδη για την καταπολέμηση της αυτοάνοσης και του καρκίνου στις κλινικές. Η IFN-γάμα πυροδοτεί μια βαριά ανοσολογική απόκριση έναντι των παθογόνων και η ενεργοποίησή της συσχετίζεται με «θετικές αποκρίσεις ανοσοθεραπείας για τον καρκίνο», είπε η ομάδα.
Η ισορροπία είναι το κλειδί
Το ανοσοποιητικό σύστημα ρυθμίζεται από έναν εξαιρετικά πολύπλοκο συντονισμένο χορό μεταξύ ενεργοποίησης και αναστολής. Προηγούμενες μελέτες επικεντρώθηκαν κυρίως στο κλείσιμο των γονιδίων. Αλλά για την ανάλυση του ανοσοποιητικού συστήματος, αυτή είναι μόνο η μισή εικόνα.
«Το να καταρρίψουμε γονίδια είναι εξαιρετικό για την κατανόηση των βασικών στοιχείων του τρόπου λειτουργίας των ανοσοκυττάρων, αλλά μια προσέγγιση μόνο με νοκ άουτ μπορεί να μην εντοπίσει ορισμένα πραγματικά κρίσιμα γονίδια», δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Δρ Ζάχαρι Στάινχαρτ.
Εδώ, η ομάδα έσκαψε βαθιά. Χρησιμοποιώντας τόσο το CRISPRa όσο και το CRISPRi, είτε ενεργοποίησαν είτε ανέστειλαν σχεδόν 20,000 γονίδια στα Τ κύτταρα. Στη συνέχεια ανέλυσαν τις προκύπτουσες αλλαγές στα γενετικά μονοπάτια - τις «τηλεφωνικές γραμμές» που λένε σε ένα Τ κύτταρο πώς να ανταποκριθεί σε έναν εχθρό.
Σε ορισμένες οθόνες, ένα συγκεκριμένο σύνολο γονιδίων άλλαξε γενικά, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να είναι εξαιρετικά ευαίσθητα κέντρα εντολών για το ανοσοποιητικό μας σύστημα. Άλλα γονίδια ήταν εκπληκτικά συγκεκριμένα. Μερικοί ενεργοποιήθηκαν μόνο για να παράγουν μια συγκεκριμένη κυτοκίνη.
Ο συνδυασμός CRISPRa και CRISPRi είναι ένας ιδιαίτερα ισχυρός τρόπος για να εξετάσετε τη βιολογία. Σκεφτείτε το σαν ένα ροοστάτη φωτός. Αντί για την παραδοσιακή μέθοδο κοπής σύρματος CRISPR, τα δύο εργαλεία σε συνδυασμό μπορούν να συντονίσουν ή να μειώσουν οποιονδήποτε συνδυασμό γονιδίων αναστρέψιμα μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιώντας το CRISPRi, η ομάδα βρήκε γονίδια που βοηθούν στη διατήρηση των κυτοκινών υπό έλεγχο, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει με αυτοάνοσες διαταραχές. Το CRISPRa, με τη σειρά του, αποκάλυψε σημεία συμφόρησης στον μοριακό μηχανισμό που απαιτείται για την ενεργοποίηση των Τ κυττάρων και την ενίσχυση της ανοσίας.
Ενισχυμένες θεραπείες Τ κυττάρων
Η μελέτη θα μπορούσε να μας βοηθήσει να αναπτύξουμε καλύτερα όπλα CAR-T κατά του καρκίνου και άλλων ανοσοθεραπειών. «Τα νέα μας δεδομένα μας δίνουν αυτό το απίστευτα πλούσιο εγχειρίδιο οδηγιών για Τ κύτταρα», είπε ο Marson. «Τώρα έχουμε μια βασική μοριακή γλώσσα που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να κατασκευάσουμε ένα κύτταρο Τ ώστε να έχει πολύ ακριβείς ιδιότητες».
Αλλά ακόμα πιο πολλά υποσχόμενο είναι αυτό που βρίσκεται πέρα. Οι δύο οθόνες - είτε αυξάνουν είτε μειώνουν την έκφραση γονιδίων σε δεκάδες χιλιάδες γονίδια από μια ιδιοτροπία - μπορούν να προσαρμοστούν για να διερευνήσουν αυτοάνοσες διαταραχές, ανοσοανεπάρκεια ή λοιμώξεις από ανθρώπινα κύτταρα που δόθηκαν.
Σίγουρα θα είναι ένα όφελος για εξατομικευμένες θεραπείες. Όπως είπε ο Marson, «Η ομάδα μας ελπίζει τώρα να χρησιμοποιήσει το νέο μας εγχειρίδιο οδηγιών για να δημιουργήσει προγράμματα συνθετικών γονιδίων που μπορούν να σχεδιαστούν με CRISPR στις κυτταρικές ανοσοθεραπείες επόμενης γενιάς για τη θεραπεία ενός ευρέος φάσματος ασθενειών».
Image Credit: Sangharsh Lohakare / Unsplash
Ψάχνετε τρόπους για να μείνετε μπροστά από τον ρυθμό της αλλαγής; Ξανασκέψου τι είναι δυνατό. Γίνετε μέλος μιας εξαιρετικά επιμελημένης, αποκλειστικής ομάδας 80 στελεχών για το κορυφαίο Executive Program (EP) της Singularity, ένα πενθήμερο, πλήρως καθηλωτικό πρόγραμμα μετασχηματισμού ηγεσίας που διαταράσσει τους υπάρχοντες τρόπους σκέψης. Ανακαλύψτε μια νέα νοοτροπία, μια νέα σειρά εργαλείων και ένα δίκτυο συναδέλφων μελλοντολόγους που δεσμεύονται να βρίσκουν λύσεις για τον γρήγορο ρυθμό της αλλαγής στον κόσμο. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα και να κάνετε αίτηση σήμερα!
- Coinsmart. Το καλύτερο ανταλλακτήριο Bitcoin και Crypto στην Ευρώπη.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗ.
- CryptoHawk. Ραντάρ Altcoin. Δωρεάν δοκιμή.
- Πηγή: https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/
