Т-клетки — свирепые воины. При малейшем намеке на нападение — будь то инфекция или зарождающийся рак — они сплачиваются, увеличиваются в численности и запускают полномасштабную оборону.

Но они не непобедимы. Иногда клеточные солдаты переусердствуют, нападая на дружественные ткани. Или их защиту уничтожают особенно опасные враги, такие как ВИЧ и рак.

Можем ли мы усилить или ослабить их пыл, изменив их гены?

Введите новый вид CRISPR. Эта версия, получившая название CRISPRa, насильственно включает гены, известная в основном как многофункциональный инструмент для вырезания, обрезки, редактирования или иного надрезания существующего гена. Оптимизировано ученых из Института Гладстона и Калифорнийского университета в Сан-Франциско, инструмент уравновешивается CRISPRi — «i» для «вмешательства», которое, как вы уже догадались, мешает экспрессии гена.

Хотя ранее эти инструменты CRISPR использовались в бессмертных клетках, выращенных в лабораториях, это первый раз, когда эти инструменты перенастроены для клеток, извлеченных из наших тел. Вместе инструменты одновременно проверили почти 20,000 XNUMX генов в Т-клетках, выделенных от человека, создав массивный генетический транслятор — от генов к функциям, — который отображает, как отдельные гены влияют на Т-клетки.

Результаты дают беспрецедентное представление о защитниках нашего тела. Они также излагают дорожную карту для генетического изменения Т-клеток, будь то дальнейшее усиление иммунотерапии, такой как CAR-Т или для решения аутоиммунных заболеваний.

«Это захватывающий прорыв, который ускорит исследования в области иммунотерапии». заявил Доктор Алекс Марсон из Гладстона, возглавлявший Исследование. «Эти эксперименты CRISPRa создают Розеттский камень для понимания того, какие гены важны для каждой функции иммунных клеток».

Иммунный арсенал

Наша иммунная система представляет собой хорошо скоординированный клеточный военный комплекс.

Так же, как воздушные, военно-морские и наземные силы, иммунная система также имеет специализированные клеточные единицы. В-клетки, например, вырабатывают антитела — ракеты дальнего действия организма — против вирусов, бактерий и других вторгающихся патогенов. Естественные клетки-киллеры безжалостно выслеживать раковые клетки, как только они возникают (и да, это их научное название). Макрофаги огромные звери, которые буквально поедают своих врагов и выплевывают оставшиеся куски, предупреждая другие силы о вторжении.

Но, возможно, Т-клетки являются центром управления. Эти клетки, семейство с разным молекулярным внешним видом и ролями, координируют множество аспектов иммунной системы. Некоторые собирают информацию и записывают ее в молекулярную книгу тела, чтобы подготовиться к следующему раунду вторжений. Другие немедленно отстреливают ранее встреченных врагов. Т-клетки также могут контролировать и координировать несколько атак одновременно и необходимы для балансировки иммунитета. на протяжении десятилетий.

Их секретное оружие? Цитокины.

Цитокины — это крошечные иммунные молекулы, которые действуют как ракеты и устройства связи. Подобно азбуке Морзе, разные типы цитокинов передают разную информацию. Т-клетки не являются единственными производителями цитокинов среди иммунных клеток. Но они вырабатывают угрожающе звучащие цитокины, такие как интерфероны, которые помогают координировать совместную атаку против злоумышленников.

Эта проблема? То, что мы знаем об этих мощных клетках, в основном получено из данных о иммортализованных клеточных линиях, которые тщательно отобраны для выращивания в чашках Петри. Это немного похоже на (гипотетически) изучение зомби, чтобы понять людей — некоторые сходства, но совершенно разные с точки зрения внутренней биологической работы.

Введите CRISPRa

Команда поставила перед собой простую цель: давайте подключимся к CRISPRa, чтобы выяснить обширные коммуникационные сети Т-клеток.

CRISPRa был выпустили более полувека назад как способ стимулировать, а не ингибировать экспрессию генов. Здесь деактивируется классический «ножничный» компонент CRISPR. Вместо этого инструмент связан с белком, который задействует молекулярный механизм для активации гена и, в свою очередь, усиливает способность гена производить белки без редактирования самого гена. В качестве противовеса авторы также представили CRISPRi, ингибирующий инструмент для подавления экспрессии генов. Эти инструменты преподносились как демонстрация силы для эффективного скрининга всего нашего генома с целью обнаружения молекулярных связей, ведущих к здоровью или болезни.

Тем не менее, будучи эффективными в иммортализованных клетках, инструменты, доставляемые с кастрированным вирусом, не могли эффективно проникать в клетки человека, выделенные из организма — так называемые «первичные клетки».

Именно этим вопросам посвящено новое исследование. Сначала команда разработала улучшенный рецепт производства и доставки лентивируса, чтобы инструменты лучше интегрировались в первичные Т-клетки человека. Потом появился специальный агент — Медиатор синергетической активации CRISPRa (SAM)— это повышает экспрессию целевого гена.

«Эта повышенная эффективность доставки механизмов CRISPRa или CRISPRi в клетки имела решающее значение для проведения полногеномных экспериментов и ускорения открытий», — сказал Марсон.

В первоначальном доказательстве концепции команда использовала инструмент на иммунных Т-клетках, выделенных от двух доноров-людей. Вместе они обнаружили — или преуменьшили — почти 20,000 2 генов, которые кодируют белки, особенно сосредоточив внимание на двух цитокинах: IL-XNUMX и IFN-gamma.

Оба являются сильными нападающими в иммунной системе. ИЛ-2 обычно выкачивается определенным типом Т-клеток. Молекулярный мессенджер помогает координировать дополнительные силы иммунной армии и уже используется в клиниках для борьбы с аутоиммунитетом и раком. Интерферон-гамма вызывает сильный иммунный ответ против патогенов, и его активация коррелирует с «положительным ответом на иммунотерапию рака», заявила команда.

Баланс - ключ к успеху

Иммунная система регулируется очень сложным скоординированным танцем между активацией и торможением. Предыдущие исследования в основном были сосредоточены на отключении генов. Но для анализа иммунной системы это только половина картины.

«Отключение генов отлично подходит для понимания основ функционирования иммунных клеток, но подход, основанный только на отключении, может упустить некоторые действительно важные гены», — сказал автор исследования доктор Захари Стейнхарт.

Здесь команда копнула глубоко. Используя как CRISPRa, так и CRISPRi, они либо активировали, либо ингибировали почти 20,000 XNUMX генов в Т-клетках. Затем они проанализировали полученные изменения в генетических путях — «телефонных линиях», которые сообщают Т-клеткам, как реагировать на врага.

В некоторых скринингах определенный набор генов изменился по всем направлениям, что позволяет предположить, что они могут быть очень чувствительными командными центрами для нашей иммунной системы. Другие гены оказались на удивление специфичными. Некоторые включались только для производства определенного цитокина.

Сочетание CRISPRa и CRISPRi — особенно мощный способ взглянуть на биологию. Думайте об этом как о легком диммере. В отличие от традиционного CRISPR-метода перерезания провода, два объединенных инструмента могут обратимо настраивать или снижать любую комбинацию генов внутри клеток человека. В этом исследовании, используя CRISPRi, команда обнаружила гены, которые помогают контролировать цитокины, что может помочь при аутоиммунных заболеваниях. CRISPRa, в свою очередь, выявила узкие места в молекулярном механизме, необходимом для активации Т-клеток и повышения иммунитета.

Усовершенствованная Т-клеточная терапия

Исследование может помочь нам разработать лучшее оружие CAR-T против рака и других видов иммунотерапии. «Наши новые данные дают нам это невероятно подробное руководство по эксплуатации Т-клеток», — сказал Марсон. «Теперь у нас есть базовый молекулярный язык, который мы можем использовать для создания Т-клетки с очень точными свойствами».

Но еще более многообещающим является то, что лежит за его пределами. Два скрининга — повышение или понижение экспрессии десятков тысяч генов по прихоти — могут быть адаптированы для изучения аутоиммунных нарушений, иммунодефицита или инфекций из донорских клеток человека.

Это, безусловно, будет благом для персонализированных процедур. Как сказал Марсон: «Теперь наша команда надеется использовать наше новое руководство по эксплуатации для создания программ синтетических генов, которые могут быть преобразованы с помощью CRISPR в клеточную иммунотерапию следующего поколения для лечения широкого спектра заболеваний».

Изображение Фото: Сангарш Лохакаре / Unsplash 

Ищете способы опережать темпы изменений? Переосмыслите, что возможно.  Присоединяйтесь к тщательно подобранной эксклюзивной группе из 80 руководителей для участия в флагманской программе Singularity Executive Program (EP) — ​​пятидневной полностью захватывающей программе трансформации лидерства, которая меняет существующие способы мышления. Откройте для себя новое мышление, набор инструментов и сеть коллег-футуристов, стремящихся найти решения для быстрых изменений в мире. Нажмите здесь, чтобы узнать больше и подать заявку сегодня!

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/