突破性的 CRISPR 技术解锁了有关癌症免疫学的见解

在过去的二十年中，免疫系统因其在抗癌方面的作用而受到越来越多的关注。 随着研究人员对癌症与免疫系统相互作用的了解越来越多，几种抗肿瘤免疫疗法已获得 FDA 批准，并且现在经常用于治疗多种癌症类型。

然而，尽管取得了这些进展，关于免疫系统如何对抗癌症仍然有很多未知之处。 哈佛医学院布拉瓦尼克研究所免疫学系主任阿琳·夏普实验室的博士后研究员马丁·拉弗勒尔 (Martin LaFleur) 说道。

基于 CRISPR 的基因编辑，即科学家使用十多年前开发的工具修改基因组，已成为生物发现的支柱，可以相对快速地了解单个基因的功能和新疗法的靶点。

然而，拉弗勒尔表示，这种方法并非没有挑战。 其中最主要的是，在不改变其生物学特性的情况下很难修改免疫细胞，这阻碍了研究活体生物体中免疫细胞行为的完整复杂性的能力。

现在，LaFleur、Sharpe 和他们的团队成功地绕过了这一障碍，以一种新的方式部署 CRISPR 来研究免疫基因的功能。

他们的工作在两篇论文中进行了描述——； 一进 自然免疫学 和一个在 实验医学杂志-； 最终可能会产生关于癌症免疫学以及由免疫系统功能障碍驱动的其他疾病的见解。

哈佛医学新闻 与拉弗勒尔讨论了这一进展对免疫学研究的未来意味着什么。

哈佛医学新闻： 让我们回顾一下 CRISPR 的工作原理。

拉弗勒尔： 基于 CRISPR 的可编程基因编辑于 2012 年开发出来，成为生物研究的强大工具，其发现者于 2020 年荣获诺贝尔化学奖。

CRISPR基因编辑系统使用一种名为Cas-9的酶，它的作用就像一把分子剪刀，可以切割DNA的两条链，从而破坏或敲除基因的功能。 为了选择要敲除的基因，该系统使用与该基因匹配的互补 RNA 片段并充当指导。 这是一种非常灵活的方法，可以非常快速地敲除和研究几乎任何您想要的基因的功能。

HM新闻： 如何利用 CRISPR 来了解基因的免疫功能？

拉弗勒尔： 免疫细胞与许多其他细胞类型相互作用，而这些细胞类型无法在培养皿中很好地建模，因此我们更喜欢在小鼠等活生物体内进行免疫研究； 这是一种更可靠的方法来捕获细胞间相互作用的复杂性，因为它们发生在体内而不是在实验室培养皿中。 在体内进行 CRISPR 编辑很困难，因此通常需要在培养皿中使用该工具将免疫细胞取出并进行修改。 然后将编辑后的细胞放回体内。

然而，只有某些免疫细胞类型在转移回小鼠体内时才能有效整合。 此外，在培养皿中操纵免疫细胞的实际过程可能会改变它们的生物学特性，因此，一旦将它们从体内取出，您可能就无法研究您真正想要研究的内容。

此外，CRISPR 只被用来在一次免疫细胞中关闭单个基因。 但是我们的细胞含有数千个基因，那么如果我们想在同一动物的不同时间敲除不同细胞类型中的多个基因呢？ 随着时间的推移，这将使我们更深入地了解基因的复杂性及其在免疫细胞中的相互作用。

HM新闻： 您的新研究如何应对这些挑战？

拉弗勒尔： 我们决定采用一种完全不同的方法来使用 CRISPR。 我们没有直接修改我们感兴趣的免疫细胞，而是修改了它们的前体，即在骨髓中发现的产生所有免疫细胞的干细胞。 我们从小鼠体内取出这些干细胞，并使用 CRISPR 敲除我们感兴趣的基因，然后将这些干细胞替换到天然骨髓干细胞已被去除的小鼠体内。 我们将此系统称为 CHimeric IMmune Editing，或 CHIME。

在早期的研究中，我们使用 CHIME 敲除一个名为 PTPN2这在癌症免疫治疗方面显示出了一些前景，这是夏普实验室的重点之一。 当我们删除称为 CD8+ 的免疫细胞子集中的一个基因时 T细胞他们成为更好的抗癌者。

跟我们 自然免疫学 研究中，我们想看看是否可以修改 CHIME，使其更精确、更通用。 我们用它在几种不同的细胞类型中同时敲除两个基因； 我们将其部署到特定于单一细胞类型的基因； 一旦修改后的细胞已经回到动物体内，我们就使用 CRISPR 来破坏它们的基因； 我们还用它在不同的时间点敲除两个不同的基因。

我们使用了不同的策略，例如将多个引导 RNA 包装在一起，并使用仅在某些情况下（例如当小鼠接受药物时）禁用基因的技巧。 我们能够证明这些策略都是可行的。

HM新闻： 您这项研究的最终目标是什么？

拉弗勒尔： 我们的最终目标是更好地了解免疫系统，特别是其抗癌能力。 我们想要鼓励强大的抗癌免疫力——； 这意味着我们想要优化免疫细胞对抗肿瘤的方式——； 但也希望健康的细胞和组织免受免疫攻击。 这需要对免疫系统进行非常细致的校准，并且可能是一个棘手的平衡。

此外，其益处可能不仅限于癌症，还可以应用于许多由免疫系统驱动的其他疾病，包括自身免疫性疾病。

HM新闻： 您的下一步计划是什么？

拉弗勒尔： 我们刚刚发布了一个 第二篇论文 该报告为使用 CRISPR 筛选活体动物免疫基因功能的研究领域奠定了框架。 我们框架的核心是向 CRISPR 编辑的免疫细胞添加遗传“条形码”，这样我们就可以追踪它们在动物体内繁殖和传播的过程。

我们希望这个框架和 CHIME 将为研究人员提供新的工具来研究癌症或他们选择的任何其他疾病模型中的免疫细胞，最终带来新的以免疫为中心的疗法。

杂志

实验医学杂志

DOI

10.1084/jem.20230699

研究方法

实验研究

研究课题

动物

文章标题

体内 T 细胞筛选框架

文章发表日期

2024 年 2 月 27 日

资料来源：哈佛医学院

资料来源：哈佛医学院

来源：

期刊参考文献：

铣削，LE， 等人。 （2024）。 体内 T 细胞筛选框架。 实验医学杂志。 doi.org/10.1084/jem.20230699。

拉弗勒尔，MW， 等人。 （2024）。 X-CHIME 能够对免疫系统中的基因进行组合、诱导、谱系特异性和顺序敲除。 自然免疫学。 doi.org/10.1038/s41590-023-01689-6。

2024-02-29 18:54:00
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