I linfociti T sono feroci guerrieri. Con solo un accenno di attacco, che si tratti di un'infezione o di un cancro nascente, si radunano, aumentano di numero e lanciano una difesa su vasta scala.

Ma non sono invincibili. A volte i soldati cellulari diventano troppo zelanti, attaccando i tessuti amici. Oppure le loro difese vengono spazzate via da nemici particolarmente atroci, come HIV e cancro.

Possiamo aumentare - o ridurre - il loro fervore modificando i loro geni?

Inserisci un nuovo tipo di CRISPR. Conosciuto principalmente come uno strumento multiplo per tagliare, tagliare, modificare o altrimenti mettere in ginocchio un gene esistente, questa versione, soprannominata CRISPRa, attiva forzatamente i geni. Ottimizzato da scienziati del Gladstone Institutes e della UC San Francisco, lo strumento è controbilanciato da CRISPRi: "i" per "interferenza", che, come avete indovinato, interferisce con l'espressione del gene.

Sebbene precedentemente utilizzati in cellule immortali cresciute in laboratorio, questa è la prima volta che questi strumenti CRISPR vengono rejiggered per cellule estratte dai nostri corpi. Insieme, gli strumenti hanno esaminato simultaneamente quasi 20,000 geni nelle cellule T isolate dagli esseri umani, costruendo un enorme traduttore genetico, dai geni alla funzione, che mappa il modo in cui i singoli geni influenzano le cellule T.

I risultati danno uno sguardo senza precedenti sui protettori del nostro corpo. Hanno anche tracciato una tabella di marcia per alterare geneticamente le cellule T, se potenziare ulteriormente le immunoterapie come CARRELLO o per affrontare le malattie autoimmuni.

"Questa è una svolta entusiasmante che accelererà la ricerca sull'immunoterapia", disse Il dottor Alex Marson a Gladstone, che ha guidato lo studio. "Questi esperimenti CRISPRa creano una stele di Rosetta per capire quali geni sono importanti per ogni funzione delle cellule immunitarie".

L'arsenale immunitario

Il nostro sistema immunitario è un complesso militare cellulare altamente coordinato.

Proprio come le forze aeree, navali e di terra, anche il sistema immunitario ha unità cellulari specializzate. I linfociti B, ad esempio, rilasciano anticorpi, i missili a lungo raggio del corpo, contro virus, batteri e altri agenti patogeni invasori. Cellule natural killer dare la caccia spietatamente alle cellule tumorali non appena si presentano (e sì, questo è il loro nome scientifico). I macrofagi sono enormi bruti che mangiano letteralmente i loro nemici e sputano fuori i pezzi rimanenti mentre allertano le altre forze di un'invasione.

Ma probabilmente, I linfociti T sono il centro di comando. Queste cellule, una famiglia con diversi aspetti e ruoli molecolari, coordinano molteplici aspetti del sistema immunitario. Alcuni raccolgono informazioni e le registrano nel registro molecolare del corpo per prepararsi al prossimo round di invasioni. Altri eliminano immediatamente i nemici incontrati in precedenza. I linfociti T possono anche controllare e coordinare più attacchi contemporaneamente e sono essenziali per bilanciare l'immunità nel corso di decenni.

La loro arma segreta? citochine.

Le citochine sono minuscole molecole immunitarie che agiscono sia come missili che come dispositivi di comunicazione. Come il codice Morse, diversi tipi di citochine trasmettono informazioni diverse. Le cellule T non sono gli unici produttori di citochine tra le cellule immunitarie. Ma pompano fuori citochine dal suono minaccioso come gli interferoni, che aiutano a coordinare un attacco unito contro gli intrusi.

Il problema? Quello che sappiamo su queste potenti cellule proviene principalmente dai dati di linee cellulari immortalate, che vengono accuratamente selezionate per crescere all'interno delle piastre di Petri. È un po' come (ipoteticamente) studiare gli zombi per capire gli umani: alcune somiglianze, ma molto diverse in termini di meccanismi biologici interni.

Entra CRISPRa

Il team si è prefissato un obiettivo semplice: attingiamo a CRISRa per capire le vaste reti di comunicazione dei linfociti T.

CRISRa lo era introdotto oltre mezzo decennio fa come un modo per stimolare, piuttosto che inibire, l'espressione genica. Qui il classico componente "a forbice" di CRISPR è disattivato. Invece, lo strumento è collegato a una proteina che recluta il macchinario molecolare per attivare un gene e, a sua volta, amplifica la capacità di un gene di produrre proteine ​​senza modificare il gene stesso. Come contrappeso, gli autori hanno anche introdotto CRISRi, lo strumento inibitorio per reprimere l'espressione genica. Gli strumenti sono stati pubblicizzati come un tour-de-force per schermare in modo efficiente il nostro intero genoma con l'obiettivo di trovare collegamenti molecolari che portano alla salute o alla malattia.

Tuttavia, sebbene efficaci nelle cellule immortalate, gli strumenti, forniti con un virus sterilizzato, non sono stati in grado di penetrare in modo efficiente nelle cellule umane isolate dal corpo, soprannominate "cellule primarie".

Questi sono i problemi affrontati dal nuovo studio. Il team ha prima sviluppato una ricetta di produzione e consegna di lentivirus migliorata in modo che gli strumenti si integrassero meglio nelle cellule T umane primarie. Poi venne un agente speciale: il Mediatore di attivazione sinergica CRISPRa (SAM)—che aumenta l'espressione del gene bersaglio.

"Questa maggiore efficienza nel fornire il macchinario CRISPRa o CRISRi nelle cellule è stata fondamentale per consentire esperimenti sull'intero genoma e accelerare le scoperte", ha affermato Marson.

In una prima prova di concetto, il team ha utilizzato lo strumento su cellule T immunitarie isolate da due donatori umani. Insieme, hanno scoperto, o minimizzato, quasi 20,000 geni che codificano per le proteine, concentrandosi in particolare su due citochine: IL-2 e IFN-gamma.

Entrambi sono forti battitori nel sistema immunitario. L'IL-2 viene solitamente espulsa da un tipo di cellule T. Il messaggero molecolare aiuta a coordinare ulteriori forze dell'esercito immunitario ed è già utilizzato per combattere l'autoimmunità e il cancro nelle cliniche. L'IFN-gamma innesca una forte risposta immunitaria contro gli agenti patogeni e la sua attivazione è correlata a "risposte positive all'immunoterapia del cancro", ha affermato il team.

L'equilibrio è la chiave

Il sistema immunitario è regolato da una danza coordinata altamente complessa tra attivazione e inibizione. Studi precedenti si sono concentrati principalmente sulla chiusura dei geni. Ma per l'analisi del sistema immunitario, questa è solo metà del quadro.

"L'eliminazione dei geni è ottimo per comprendere le basi del funzionamento delle cellule immunitarie, ma un approccio di solo eliminazione può non individuare alcuni geni davvero critici", ha affermato l'autore dello studio, il dott. Zachary Steinhart.

Qui, la squadra ha scavato in profondità. Usando sia CRISPRa che CRISPRi, hanno attivato o inibito quasi 20,000 geni nelle cellule T. Hanno quindi analizzato i cambiamenti risultanti nei percorsi genetici, le "linee telefoniche" che dicono a una cellula T come rispondere a un nemico.

In alcuni schermi, un particolare insieme di geni è cambiato su tutta la linea, suggerendo che potrebbero essere centri di comando altamente sensibili per il nostro sistema immunitario. Altri geni erano sorprendentemente specifici. Alcuni si sono attivati ​​solo per produrre una particolare citochina.

L'abbinamento di CRISPRa e CRISPRi è un modo particolarmente efficace per guardare alla biologia. Pensalo come un dimmer luce. Piuttosto che il tradizionale metodo CRISPR per tagliare il filo, i due strumenti combinati possono ottimizzare o ridurre qualsiasi combinazione di geni in modo reversibile all'interno delle cellule umane. In questo studio, utilizzando CRISRi, il team ha trovato geni che aiutano a tenere sotto controllo le citochine, che potrebbero aiutare con i disturbi autoimmuni. CRISPRa, a sua volta, ha scoperto colli di bottiglia nel macchinario molecolare necessario per attivare i linfociti T e aumentare l'immunità.

Terapie con cellule T potenziate

Lo studio potrebbe aiutarci a sviluppare armi CAR-T migliori contro il cancro e altre immunoterapie. "I nostri nuovi dati ci forniscono questo manuale di istruzioni incredibilmente ricco per i linfociti T", ha affermato Marson. "Ora abbiamo un linguaggio molecolare di base che possiamo usare per progettare una cellula T in modo che abbia proprietà molto precise".

Ma ancora più promettente è ciò che sta al di là. I due schermi, che aumentano o diminuiscono l'espressione genica in decine di migliaia di geni per capriccio, possono essere adattati per scavare in malattie autoimmuni, immunodeficienza o infezioni da cellule umane donate.

Sarà sicuramente un vantaggio per i trattamenti personalizzati. Come ha affermato Marson, "Il nostro team ora spera di utilizzare il nostro nuovo manuale di istruzioni per creare programmi genetici sintetici che possono essere ingegnerizzati con CRISPR nelle immunoterapie cellulari di prossima generazione per trattare un'ampia gamma di malattie".

Immagine di credito: Sangarsh Lohakare / Unsplash 

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• Fonte: https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/