T-cellen zijn felle krijgers. Met slechts een hint van een aanval - of het nu een infectie of een beginnende kanker is - verzamelen ze zich, nemen in aantal toe en lanceren een volledige verdediging.

Maar ze zijn niet onoverwinnelijk. Soms worden de cellulaire soldaten overijverig en vallen ze vriendelijke weefsels aan. Of hun verdediging wordt weggevaagd door bijzonder gruwelijke vijanden, zoals... HIV en kanker.

Kunnen we hun vurigheid verhogen of verlagen door hun genen aan te passen?

Voer een nieuw soort CRISPR in. Deze versie, CRISPRa genaamd, staat vooral bekend als een multitool om een ​​bestaand gen te knippen, te knippen, te bewerken of op een andere manier te bewerken. Het zet genen met geweld aan. Geoptimaliseerd door wetenschappers van Gladstone Institutes en UC San Francisco, wordt het hulpmiddel gecompenseerd door CRISPRi - "i" voor "interferentie", wat, je raadt het al, de expressie van het gen verstoort.

Hoewel eerder gebruikt in onsterfelijke cellen die in laboratoria zijn gekweekt, is dit de eerste keer dat deze CRISPR-tools opnieuw worden gebruikt voor cellen die uit ons lichaam worden gehaald. Samen screenden de tools tegelijkertijd bijna 20,000 genen in T-cellen die geïsoleerd waren van mensen, en bouwden ze een enorme genetische vertaler - van genen naar functie - die in kaart brengt hoe individuele genen T-cellen beïnvloeden.

De resultaten geven een ongekend kijkje in de beschermers van ons lichaam. Ze leggen ook een routekaart uit voor het genetisch veranderen van T-cellen, of het nu gaat om het verder stimuleren van immuuntherapieën zoals: AUTO-T of om auto-immuunziekten aan te pakken.

"Dit is een opwindende doorbraak die het onderzoek naar immunotherapie zal versnellen," zei Dr. Alex Marson in Gladstone, die leidde de studie. "Deze CRISPRa-experimenten creëren een Rosetta-steen om te begrijpen welke genen belangrijk zijn voor elke functie van immuuncellen."

Het Immuun Arsenaal

Ons immuunsysteem is een sterk gecoördineerd cellulair militair complex.

Net als lucht-, zee- en grondtroepen heeft het immuunsysteem ook gespecialiseerde cellulaire eenheden. B-cellen geven bijvoorbeeld antilichamen af ​​- de langeafstandsraketten van het lichaam - tegen virussen, bacteriën en andere binnendringende ziekteverwekkers. Natural Killer-cellen meedogenloos op kankercellen jagen zodra ze zich voordoen (en ja, dat is hun wetenschappelijke naam). Macrofagen zijn enorme bruten die letterlijk hun vijanden opeten en de resterende brokken uitspugen terwijl ze andere krachten waarschuwen voor een invasie.

Maar aantoonbaar, T-cellen zijn het commandocentrum. Deze cellen, een familie met verschillende moleculaire looks en rollen, coördineren meerdere aspecten van het immuunsysteem. Sommigen verzamelen informatie en registreren deze in het moleculaire grootboek van het lichaam om zich voor te bereiden op de volgende invasieronde. Anderen snipen onmiddellijk eerder tegengekomen vijanden af. T-cellen kunnen ook meerdere aanvallen tegelijk controleren en coördineren en zijn essentieel voor het balanceren van de immuniteit over decennia.

Hun geheime wapen? Cytokinen.

Cytokinen zijn kleine immuunmoleculen die zowel als raketten als als communicatieapparatuur fungeren. Net als morsecode brengen verschillende soorten cytokinen verschillende informatie over. T-cellen zijn niet de enige producenten van cytokinen onder immuuncellen. Maar ze pompen wel dreigend klinkende cytokines uit, zoals interferonen, die helpen bij het coördineren van een gezamenlijke aanval tegen indringers.

Het probleem? Wat we over deze krachtige cellen weten, komt meestal van gegevens van onsterfelijk gemaakte cellijnen, die zorgvuldig zijn geselecteerd om in petrischalen te groeien. Het lijkt een beetje op (hypothetisch) het bestuderen van zombies om mensen te begrijpen - enkele overeenkomsten, maar enorm verschillend in termen van biologische innerlijke werking.

Voer CRISPRa in

Het team ging op weg met een eenvoudig doel: laten we gebruik maken van CRISPRa om de enorme communicatienetwerken van T-cellen te achterhalen.

CRISPRa was geïntroduceerd meer dan een half decennium geleden als een manier om genexpressie te stimuleren in plaats van te remmen. Hier wordt de klassieke "schaar" -component van CRISPR gedeactiveerd. In plaats daarvan is de tool gekoppeld aan een eiwit dat de moleculaire machinerie rekruteert voor het activeren van een gen, en op zijn beurt het vermogen van een gen om eiwitten te maken versterkt zonder het gen zelf te bewerken. Als tegenwicht introduceerden de auteurs ook CRISPRi, het remmende middel om genexpressie te onderdrukken. De tools werden aangeprezen als een tour-de-force om ons hele genoom efficiënt te screenen met als doel moleculaire verbindingen te vinden die leiden tot gezondheid of ziekte.

Maar hoewel ze effectief waren in onsterfelijke cellen, konden de gereedschappen, geleverd met een gecastreerd virus, niet efficiënt tunnelen in menselijke cellen die geïsoleerd waren van het lichaam - genaamd 'primaire cellen'.

Dat zijn de problemen die de nieuwe studie aanpakt. Het team ontwikkelde eerst een verbeterd recept voor de productie en levering van lentivirus, zodat de tools beter kunnen worden geïntegreerd in primaire menselijke T-cellen. Toen kwam er een speciale agent - de CRISPRa synergetische activeringsmediator (SAM)- dat de expressie van het doelwitgen verhoogt.

"Deze verbeterde efficiëntie bij het afleveren van de CRISPRa- of CRISPRi-machinerie in de cellen was van cruciaal belang om genoombrede experimenten mogelijk te maken en ontdekkingen te versnellen", zei Marson.

In een eerste proof of concept gebruikte het team de tool op immuun-T-cellen die waren geïsoleerd van twee menselijke donoren. Samen brachten ze bijna 20,000 genen omhoog - of bagatelliseerden - die coderen voor eiwitten, met name gericht op twee cytokinen: IL-2 en IFN-gamma.

Beide zijn zware slagmensen in het immuunsysteem. IL-2 wordt meestal weggepompt door een type T-cellen. De moleculaire boodschapper helpt bij het coördineren van aanvullende legertroepen van het immuunsysteem en wordt al gebruikt om auto-immuniteit en kanker in de klinieken te bestrijden. IFN-gamma veroorzaakt een zware immuunrespons tegen pathogenen, en de activering ervan correleert met "positieve kankerimmunotherapiereacties", aldus het team.

Balans is de sleutel

Het immuunsysteem wordt gereguleerd door een zeer complexe gecoördineerde dans tussen activering en remming. Eerdere studies waren vooral gericht op het uitschakelen van genen. Maar voor het analyseren van het immuunsysteem is dat maar de helft van het plaatje.

"Het uitschakelen van genen is geweldig om de basisprincipes van het functioneren van immuuncellen te begrijpen, maar een knock-out-only benadering kan het lokaliseren van enkele echt cruciale genen missen", zei studieauteur Dr. Zachary Steinhart.

Hier heeft het team diep gegraven. Door zowel CRISPRa als CRISPRi te gebruiken, activeerden of remden ze bijna 20,000 genen in T-cellen. Vervolgens analyseerden ze de resulterende veranderingen in genetische paden - de 'telefoonlijnen' die een T-cel vertellen hoe ze op een vijand moeten reageren.

In sommige schermen veranderde een bepaalde reeks genen over de hele linie, wat suggereert dat ze zeer gevoelige commandocentra voor ons immuunsysteem kunnen zijn. Andere genen waren verrassend specifiek. Sommige werden alleen ingeschakeld om een ​​bepaald cytokine te produceren.

Het koppelen van CRISPRa en CRISPRi is een bijzonder krachtige manier om naar biologie te kijken. Zie het als een lichtdimmer. In plaats van de traditionele CRISPR-methode om de draad door te snijden, kunnen de twee gecombineerde tools elke combinatie van genen in menselijke cellen omkeerbaar afstemmen of verlagen. In deze studie, met behulp van CRISPRi, vond het team genen die helpen de cytokines onder controle te houden, wat kan helpen bij auto-immuunziekten. CRISPRa bracht op zijn beurt knelpunten aan het licht in de moleculaire machinerie die nodig is om T-cellen te activeren en de immuniteit te versterken.

Verbeterde T-celtherapieën

De studie kan ons helpen betere CAR-T-wapens te ontwikkelen tegen kanker en andere immuuntherapieën. "Onze nieuwe gegevens geven ons deze ongelooflijk uitgebreide handleiding voor T-cellen", zei Marson. "Nu hebben we een elementaire moleculaire taal die we kunnen gebruiken om een ​​T-cel te manipuleren om zeer nauwkeurige eigenschappen te hebben."

Maar nog veelbelovender is wat daarachter ligt. De twee schermen - ofwel de genexpressie in tienduizenden genen in een opwelling verhogen of verlagen - kunnen worden aangepast om auto-immuunziekten, immunodeficiëntie of infecties van gedoneerde menselijke cellen te onderzoeken.

Het zal zeker een zegen zijn voor gepersonaliseerde behandelingen. Zoals Marson zei: "Ons team hoopt nu onze nieuwe handleiding te gebruiken om synthetische genprogramma's te creëren die CRISPR-engineered kunnen worden in de volgende generatie cellulaire immunotherapieën om een ​​breed scala aan ziekten te behandelen."

Krediet van het beeld: Sangharsh Lohakare / Unsplash 

Op zoek naar manieren om het tempo van veranderingen voor te blijven? Heroverweeg wat mogelijk is.  Sluit je aan bij een zeer samengesteld, exclusief cohort van 80 leidinggevenden voor het vlaggenschip Executive Program (EP) van Singularity, een vijfdaags, volledig meeslepend transformatieprogramma voor leiderschap dat bestaande manieren van denken verstoort. Ontdek een nieuwe mindset, toolset en netwerk van collega-futuristen die zich inzetten voor het vinden van oplossingen voor het snelle tempo van verandering in de wereld. Klik hier voor meer informatie en solliciteer vandaag nog!

• Coinsmart. Europa's beste Bitcoin- en crypto-uitwisseling.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. GRATIS TOEGANG.
• CryptoHawk. Altcoin-radar. Gratis proefversie.
• Bron: https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/