摘要：研究人員使用基于CRISPR的篩選平臺發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子基因BATF3代表一個單一的主基因組調(diào)節(jié)因子，可用于重新編程T細(xì)胞中數(shù)千個基因的網(wǎng)絡(luò)，并大大增強癌細(xì)胞的殺傷能力。
杜克大學(xué)(Duke University)的研究人員利用CRISPR技術(shù)對人類免疫細(xì)胞中的基因功能進(jìn)行了高通量篩選，并發(fā)現(xiàn)基因組的單個主調(diào)節(jié)器可用于重新編程T細(xì)胞中數(shù)千個基因的網(wǎng)絡(luò)，并大大增強癌細(xì)胞的殺傷能力。
這種主調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子(TF)基因被稱為BATF3，是研究人員發(fā)現(xiàn)并測試用于改善T細(xì)胞療法的幾個基因之一。這些靶點，以及用來識別、測試和操縱它們的方法，可以使目前正在使用和正在開發(fā)的任何t細(xì)胞癌癥療法更加有效。結(jié)合其他進(jìn)展，該平臺還可以實現(xiàn)通用的、現(xiàn)成的治療版本，并擴(kuò)展到其他疾病領(lǐng)域，如自身免疫性疾病。
“使用T細(xì)胞對抗癌癥的一個已知障礙是，隨著時間的推移，它們往往會‘疲勞’，失去殺死癌細(xì)胞的能力，”該團(tuán)隊發(fā)表在《Nature Genetics》上的論文的共同主要作者Sean McCutcheon說。“我們正在通過模仿在臨床產(chǎn)品中效果良好的自然發(fā)生的細(xì)胞狀態(tài)，確定使T細(xì)胞更強大、更有彈性的操作方法。”
McCutcheon和研究負(fù)責(zé)人Charles Gersbach博士，杜克大學(xué)John W. Strohbehn杰出生物醫(yī)學(xué)工程教授，以及同事們在一篇題為“Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens”的論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。
圖1 通過CRISPR正交篩選鑒定人CD8+T細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)調(diào)控因子
T細(xì)胞療法是一種已有十年歷史的治療癌癥的方法。最近的一些方法包括對免疫系統(tǒng)細(xì)胞進(jìn)行重新編程，以尋找并摧毀它們可能忽略的癌細(xì)胞。許多公司都在努力改進(jìn)這項技術(shù)，主要是通過使用基因工程技術(shù)來指導(dǎo)T細(xì)胞如何識別癌細(xì)胞，并使它們更有效地消滅癌細(xì)胞。
作者指出:“過繼T細(xì)胞療法(ACT)具有巨大的癌癥治療潛力，通過表達(dá)識別并結(jié)合腫瘤相關(guān)抗原的工程受體，將T細(xì)胞重定向到癌細(xì)胞?！?/div>
圖2 T細(xì)胞耗竭的特征是代謝重編程
目前有6種FDA批準(zhǔn)的T細(xì)胞療法用于治療特定的白血病、淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤。然而，盡管在某些研究中有成功的跡象，但這些方法和治療方法目前在應(yīng)用于實體瘤時效果并不好。實體腫瘤通常會給T細(xì)胞帶來巨大的物理障礙，需要克服這些障礙，而呈現(xiàn)靶標(biāo)的癌細(xì)胞的絕對數(shù)量和密度會導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭，從而使T細(xì)胞不再能夠產(chǎn)生抗腫瘤反應(yīng)。
Gersbach說:“在某些情況下，T細(xì)胞療法就像一種神奇的藥物，但在大多數(shù)情況下，它幾乎不起作用。我們正在尋找通用的解決方案，通過重新編程它們的基因調(diào)控軟件，而不是重寫或破壞它們的基因硬件，使這些細(xì)胞變得更好。”
Gersbach和他的實驗室在過去幾年里一直在開發(fā)一種方法，該方法使用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9的一個版本，在不切割基因的情況下探索和調(diào)節(jié)基因。相反，它改變了包裝和儲存DNA的結(jié)構(gòu)，影響了伴隨基因的活性水平。
圖2 T細(xì)胞耗竭的特征是代謝重編程
在Gersbach實驗室工作的博士候選人McCutcheon，專注于研究“黑暗基因組”的區(qū)域，當(dāng)T細(xì)胞在不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，如功能和耗盡，這些區(qū)域會發(fā)生變化。研究人員評論說:“在這里，我們開發(fā)了匯總的表觀遺傳CRISPR篩選方法，以系統(tǒng)地描述激活或抑制120個轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子對人類CD8+ T細(xì)胞狀態(tài)的影響。”通過他們的篩選，研究人員確定了120個編碼“主調(diào)節(jié)器”的基因，這些基因負(fù)責(zé)許多其他基因的活性水平。利用CRISPR平臺，研究人員上下調(diào)節(jié)了這些靶標(biāo)的活性水平，以了解它們?nèi)绾斡绊慣細(xì)胞功能的其他已知標(biāo)記。
雖然出現(xiàn)了幾個有希望的候選基因，其中最有希望的是一個名為BATF3的基因。當(dāng)McCutcheon隨后將BATF3直接傳遞給T細(xì)胞時，T細(xì)胞DNA的包裝結(jié)構(gòu)發(fā)生了數(shù)千次調(diào)整，這與增強的效力和抗衰竭能力有關(guān)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)BATF3過表達(dá)促進(jìn)了記憶T細(xì)胞的特定特征，并減弱了與細(xì)胞毒性、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞功能和衰竭相關(guān)的基因程序。”在慢性抗原刺激下，BATF3過表達(dá)對抗T細(xì)胞耗竭的表型和表觀遺傳特征。
研究人員對BATF3進(jìn)行了一系列測試。在一個小鼠模型中，當(dāng)他們在T細(xì)胞中過度表達(dá)BATF3來攻擊人類乳腺癌腫瘤時，最有趣的結(jié)果出現(xiàn)了。雖然標(biāo)準(zhǔn)的T細(xì)胞療法難以減緩腫瘤的生長，但同樣劑量的經(jīng)BATF3改造的T細(xì)胞完全根除了腫瘤?！癇ATF3增強了CAR - T細(xì)胞在體外和體內(nèi)腫瘤模型中的效力，并編程了與過繼性T細(xì)胞治療的積極臨床反應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜?！?/div>
雖然BATF3的結(jié)果很有希望，但該團(tuán)隊對識別和調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)因子以提高治療效果的方法的總體成功更加熱情，他們已經(jīng)開發(fā)了十年的大部分時間。
研究人員現(xiàn)在可以使用任何T細(xì)胞來源或癌癥模型，在模擬臨床環(huán)境的各種實驗條件下，很容易地分析T細(xì)胞適應(yīng)性的主要調(diào)節(jié)因子。Gersbach指出:“這一證明是克服一個主要障礙的關(guān)鍵一步，使T細(xì)胞療法在更多癌癥類型的患者中發(fā)揮作用?！?/div>
圖1 通過CRISPR正交篩選鑒定人CD8+T細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)調(diào)控因子
圖2 T細(xì)胞耗竭的特征是代謝重編程
在報告的研究的最后一部分，McCutcheon篩選了T細(xì)胞，無論是否有BATF3，同時使用CRISPR去除基因表達(dá)的所有其他主要調(diào)節(jié)因子-總共超過1600個調(diào)節(jié)因子?！拔覀冞M(jìn)行了CRISPR敲除篩選，確定了BATF3基因網(wǎng)絡(luò)的輔助因子和下游介質(zhì)，這導(dǎo)致了一組全新的因子的發(fā)現(xiàn)，這些因子可以單獨靶向或與BATF3結(jié)合，以提高T細(xì)胞治療的效力?？偟膩碚f，這項工作擴(kuò)展了表觀基因組編輯器的工具包，以及我們對CD8+ T細(xì)胞狀態(tài)和功能調(diào)節(jié)因子的理解。這個基因目錄可以作為設(shè)計下一代癌癥免疫療法的基礎(chǔ)。”
Gersbach說:“這項研究的重點是通過這些CRISPR篩選確定的一個特定目標(biāo)，但現(xiàn)在肖恩和他的團(tuán)隊已經(jīng)啟動并運行了整個發(fā)現(xiàn)引擎，我們可以一次又一次地對不同的模型和腫瘤類型進(jìn)行研究。這項研究提出了許多應(yīng)用這種方法來增強T細(xì)胞治療的策略，從使用患者自己的T細(xì)胞到擁有用于各種癌癥的廣義T細(xì)胞庫。我們希望這些技術(shù)能夠普遍適用于所有戰(zhàn)略?！?/div>
參考資料
[1] Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens
摘要：研究人員使用基于CRISPR的篩選平臺發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子基因BATF3代表一個單一的主基因組調(diào)節(jié)因子，可用于重新編程T細(xì)胞中數(shù)千個基因的網(wǎng)絡(luò)，并大大增強癌細(xì)胞的殺傷能力。
杜克大學(xué)(Duke University)的研究人員利用CRISPR技術(shù)對人類免疫細(xì)胞中的基因功能進(jìn)行了高通量篩選，并發(fā)現(xiàn)基因組的單個主調(diào)節(jié)器可用于重新編程T細(xì)胞中數(shù)千個基因的網(wǎng)絡(luò)，并大大增強癌細(xì)胞的殺傷能力。
這種主調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子(TF)基因被稱為BATF3，是研究人員發(fā)現(xiàn)并測試用于改善T細(xì)胞療法的幾個基因之一。這些靶點，以及用來識別、測試和操縱它們的方法，可以使目前正在使用和正在開發(fā)的任何t細(xì)胞癌癥療法更加有效。結(jié)合其他進(jìn)展，該平臺還可以實現(xiàn)通用的、現(xiàn)成的治療版本，并擴(kuò)展到其他疾病領(lǐng)域，如自身免疫性疾病。
“使用T細(xì)胞對抗癌癥的一個已知障礙是，隨著時間的推移，它們往往會‘疲勞’，失去殺死癌細(xì)胞的能力，”該團(tuán)隊發(fā)表在《Nature Genetics》上的論文的共同主要作者Sean McCutcheon說?！拔覀冋谕ㄟ^模仿在臨床產(chǎn)品中效果良好的自然發(fā)生的細(xì)胞狀態(tài)，確定使T細(xì)胞更強大、更有彈性的操作方法。”
McCutcheon和研究負(fù)責(zé)人Charles Gersbach博士，杜克大學(xué)John W. Strohbehn杰出生物醫(yī)學(xué)工程教授，以及同事們在一篇題為“Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens”的論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。
圖1 通過CRISPR正交篩選鑒定人CD8+T細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)調(diào)控因子
T細(xì)胞療法是一種已有十年歷史的治療癌癥的方法。最近的一些方法包括對免疫系統(tǒng)細(xì)胞進(jìn)行重新編程，以尋找并摧毀它們可能忽略的癌細(xì)胞。許多公司都在努力改進(jìn)這項技術(shù)，主要是通過使用基因工程技術(shù)來指導(dǎo)T細(xì)胞如何識別癌細(xì)胞，并使它們更有效地消滅癌細(xì)胞。
作者指出:“過繼T細(xì)胞療法(ACT)具有巨大的癌癥治療潛力，通過表達(dá)識別并結(jié)合腫瘤相關(guān)抗原的工程受體，將T細(xì)胞重定向到癌細(xì)胞。”
目前有6種FDA批準(zhǔn)的T細(xì)胞療法用于治療特定的白血病、淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤。然而，盡管在某些研究中有成功的跡象，但這些方法和治療方法目前在應(yīng)用于實體瘤時效果并不好。實體腫瘤通常會給T細(xì)胞帶來巨大的物理障礙，需要克服這些障礙，而呈現(xiàn)靶標(biāo)的癌細(xì)胞的絕對數(shù)量和密度會導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭，從而使T細(xì)胞不再能夠產(chǎn)生抗腫瘤反應(yīng)。
Gersbach說:“在某些情況下，T細(xì)胞療法就像一種神奇的藥物，但在大多數(shù)情況下，它幾乎不起作用。我們正在尋找通用的解決方案，通過重新編程它們的基因調(diào)控軟件，而不是重寫或破壞它們的基因硬件，使這些細(xì)胞變得更好。”
Gersbach和他的實驗室在過去幾年里一直在開發(fā)一種方法，該方法使用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9的一個版本，在不切割基因的情況下探索和調(diào)節(jié)基因。相反，它改變了包裝和儲存DNA的結(jié)構(gòu)，影響了伴隨基因的活性水平。
圖2 T細(xì)胞耗竭的特征是代謝重編程
在Gersbach實驗室工作的博士候選人McCutcheon，專注于研究“黑暗基因組”的區(qū)域，當(dāng)T細(xì)胞在不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，如功能和耗盡，這些區(qū)域會發(fā)生變化。研究人員評論說:“在這里，我們開發(fā)了匯總的表觀遺傳CRISPR篩選方法，以系統(tǒng)地描述激活或抑制120個轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子對人類CD8+ T細(xì)胞狀態(tài)的影響?！蓖ㄟ^他們的篩選，研究人員確定了120個編碼“主調(diào)節(jié)器”的基因，這些基因負(fù)責(zé)許多其他基因的活性水平。利用CRISPR平臺，研究人員上下調(diào)節(jié)了這些靶標(biāo)的活性水平，以了解它們?nèi)绾斡绊慣細(xì)胞功能的其他已知標(biāo)記。
雖然出現(xiàn)了幾個有希望的候選基因，其中最有希望的是一個名為BATF3的基因。當(dāng)McCutcheon隨后將BATF3直接傳遞給T細(xì)胞時，T細(xì)胞DNA的包裝結(jié)構(gòu)發(fā)生了數(shù)千次調(diào)整，這與增強的效力和抗衰竭能力有關(guān)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)BATF3過表達(dá)促進(jìn)了記憶T細(xì)胞的特定特征，并減弱了與細(xì)胞毒性、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞功能和衰竭相關(guān)的基因程序。”在慢性抗原刺激下，BATF3過表達(dá)對抗T細(xì)胞耗竭的表型和表觀遺傳特征。
研究人員對BATF3進(jìn)行了一系列測試。在一個小鼠模型中，當(dāng)他們在T細(xì)胞中過度表達(dá)BATF3來攻擊人類乳腺癌腫瘤時，最有趣的結(jié)果出現(xiàn)了。雖然標(biāo)準(zhǔn)的T細(xì)胞療法難以減緩腫瘤的生長，但同樣劑量的經(jīng)BATF3改造的T細(xì)胞完全根除了腫瘤?！癇ATF3增強了CAR - T細(xì)胞在體外和體內(nèi)腫瘤模型中的效力，并編程了與過繼性T細(xì)胞治療的積極臨床反應(yīng)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜。”
雖然BATF3的結(jié)果很有希望，但該團(tuán)隊對識別和調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)因子以提高治療效果的方法的總體成功更加熱情，他們已經(jīng)開發(fā)了十年的大部分時間。
研究人員現(xiàn)在可以使用任何T細(xì)胞來源或癌癥模型，在模擬臨床環(huán)境的各種實驗條件下，很容易地分析T細(xì)胞適應(yīng)性的主要調(diào)節(jié)因子。Gersbach指出:“這一證明是克服一個主要障礙的關(guān)鍵一步，使T細(xì)胞療法在更多癌癥類型的患者中發(fā)揮作用。”
在報告的研究的最后一部分，McCutcheon篩選了T細(xì)胞，無論是否有BATF3，同時使用CRISPR去除基因表達(dá)的所有其他主要調(diào)節(jié)因子-總共超過1600個調(diào)節(jié)因子?！拔覀冞M(jìn)行了CRISPR敲除篩選，確定了BATF3基因網(wǎng)絡(luò)的輔助因子和下游介質(zhì)，這導(dǎo)致了一組全新的因子的發(fā)現(xiàn)，這些因子可以單獨靶向或與BATF3結(jié)合，以提高T細(xì)胞治療的效力?？偟膩碚f，這項工作擴(kuò)展了表觀基因組編輯器的工具包，以及我們對CD8+ T細(xì)胞狀態(tài)和功能調(diào)節(jié)因子的理解。這個基因目錄可以作為設(shè)計下一代癌癥免疫療法的基礎(chǔ)?！?/div>
Gersbach說:“這項研究的重點是通過這些CRISPR篩選確定的一個特定目標(biāo)，但現(xiàn)在肖恩和他的團(tuán)隊已經(jīng)啟動并運行了整個發(fā)現(xiàn)引擎，我們可以一次又一次地對不同的模型和腫瘤類型進(jìn)行研究。這項研究提出了許多應(yīng)用這種方法來增強T細(xì)胞治療的策略，從使用患者自己的T細(xì)胞到擁有用于各種癌癥的廣義T細(xì)胞庫。我們希望這些技術(shù)能夠普遍適用于所有戰(zhàn)略?！?/div>
參考資料
[1] Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens
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