С помощью технологии CRISPRa исследователям удалось картировать гены, связанные с иммунной системой

Исследователи из Института Гладстона (Gladstone Institutes) и Калифорнийского университета (University of California) в Сан-Франциско (San Francisco) благодаря технологии CRISPR разработали инструмент CRISPRa, с помощью которого удалось провести комплексное функциональное картирование генов, модулирующих выработку цитокинов. Новая методика позволила быстро выявить гены, влияющие на иммунную систему. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Новый инструмент CRISPRa не применяется с целью редактирования генов, а дает возможность активировать их в клетках человека. Ученым удалось параллельно проанализировать функции почти 20 000 генов и выделить среди них те, которые влияют на клетки иммунной системы. Это первое исследование, в котором масштабно и успешно применен инструмент CRISPRa на клетках, взятых у человека. По мнению ученых, оно позволит разработать эффективные методы этиотропной иммунотерапии.

«Это прорыв, который даст толчок исследованиям в области иммунотерапии. Эксперименты с CRISPRa своего рода Розеттский камень современной иммунологии. Теперь мы понимаем, какие гены влияют на функционирование иммунных клеток. Генетически измененные клетки могут стать основой для препаратов, нацеленных на терапию онкологических и аутоиммунных заболеваний», – сказал ведущий автор исследования Алекс Марсон (Alex Marson), директор Института геномной иммунологии Гладстона (Gladstone – UCSF Institute of Genomic Immunology).

Марсон и его команда в течение нескольких лет использовали технологию CRISPR-Cas9 для изучения иммунитета. Они выделяли гены из ДНК различных типов иммунных клеток человека, включая регуляторные Т-клетки и моноциты. Ученые использовали этот подход, чтобы редактировать геном клеток и сделать их более эффективными в борьбе с инфекциями. Однако эта работа показала только одно – как устранение влияния определенных генов сказывается на клеточных функциях. Тогда исследователей заинтересовало, какой эффект может оказать усиление активности генов.

Чтобы активировать гены, ученые использовали CRISPRa (CRISPR activation). Они присоединили активатор к Cas9, который связывается с геном. Чтобы блокировать работу гена, к Cas9 присоединяют репрессор – этот метод называется CRISPRi (CRISPR interference).

Т-клетки являются центральными регуляторами иммунного ответа и оказывают влияние на другие иммунные клетки, модулируя их функцию. Таким образом, они нацелены не только на патогенные микроорганизмы, но и на усиление или блокирование действия клеток иммунной системы. Эти функции достигаются за счет выработки цитокинов. Разные типы Т-клеток продуцируют определенные цитокины, которые, в свою очередь, влияют на иммунный ответ. Марсон отметил, что необходимо использовать способность Т-клеток контролировать выработку цитокинов, чтобы моделировать иммунный ответ при различных заболеваниях. Вероятно, с помощью новой технологии удастся выявить конкретные гены, контролирующие уровень определенных цитокинов.

Исследователи использовали CRISPRa и CRISPRi для активации или инактивации почти 20 000 генов в Т-клетках, выделенных из крови здоровых добровольцев. Далее они изучили, как изменялась продукция цитокинов, и сосредоточились на сотнях генов, которые служат ключевыми регуляторами выработки цитокинов (некоторые из них ранее не были идентифицированы).

«Наше исследование демонстрирует возможность масштабного применения этой технологии в клетках человека. Мы выяснили, какие гены необходимо «включить», чтобы уровень определенных цитокинов начал расти», – сказал соавтор работы Ральф Шмидт (Ralf Schmidt).

По мнению исследователей, новые знания о принципах продукции цитокинов необходимы для повышения эффективности CAR Т-клеточной иммунотерапии.

«Полученные данные – это подробное руководство по работе Т-клеток. Теперь у нас есть базовый молекулярный справочник, который можно использовать для создания Т-клеток, обладающих необходимыми свойствами», – сказал Марсон.

Сотрудники лаборатории Марсона продолжают изучать идентифицированные гены, а также работать с CRISPRa и CRISPRi для выделения генов, которые контролируют другие процессы в иммунных клетках человека.