تنظیم کننده اصلی بیان ژن

منایمونوتراپی‌هایی مانند درمان با سلول‌های T با گیرنده آنتی‌ژن کایمریک (CAR) رویکردهای امیدوارکننده‌ای در مبارزه با سرطان هستند. اینکه درمان ها چقدر خوب کار می کنند به عملکرد سلول های T بستگی دارد که توسط شبکه ژن هایی که این سلول های ایمنی بیان می کنند تعیین می شود. اخیراً محققان دانشگاه دوک یک یک پلت فرم غربالگری مبتنی بر CRISPR برای شناسایی تنظیم‌کننده‌های کلیدی اپی ژنتیک عملکرد سلول‌های T انسانی و کشف نقش مرکزی فاکتور رونویسی Basic Leucine Zip Transscription Factor ATF-like 3 (BATF3) در برنامه ریزی مجدد بیان چندین ژن و بهبود کارایی سلول های CAR T در از بین بردن سلول های سرطانی.¹ یافته های آنها، منتشر شده در ژنتیک طبیعیممکن است به توسعه ایمونوتراپی های موثرتر مبتنی بر سلول T کمک کند.

“این یک مطالعه بسیار ظریف است. واقعا جالب است که ببینیم چگونه این زمینه غربالگری CRISPR در اینجا با استفاده از سلول‌های T اولیه انسانی که کار کردن با آنها ساده‌ترین نیست، توسعه می‌یابد. فردریک ورملینگایمونولوژیست در موسسه کارولینسکا که در این مطالعه شرکت نداشت.

مهندس زیست پزشکی و نویسنده تحقیق برای سالها چارلز گرسباخ از دانشگاه دوک و تیمش فناوری هایی را برای غربالگری و دستکاری بیان ژن در سلول ها توسعه داده اند. در مطالعات قبلی، آنها از این ابزارهای ویرایش اپی ژنوم استفاده کردند فیبروبلاست ها را دوباره برنامه ریزی کنید تا به سلول های عصبی تبدیل شوند و برای کنترل تمایز سلولی در انسان عصبی و سلول بنیادی پرتوان جمعیت ها^2-4

محققان علاقه مند به بررسی کاربرد درمانی بیشتر این ابزارها، توجه خود را به ایمونوتراپی های مبتنی بر سلول های T، به ویژه سلول های CAR T معطوف کرده اند. به گفته گرسباخ، استفاده از چنین رویکردهای افزایش اپی ژنتیکی در سلول‌های T می‌تواند به گسترش درمان‌های مبتنی بر سلول‌های T فراتر از سرطان‌ها، مانند سرطان‌های خون، که در آن‌ها مؤثر بوده‌اند، کمک کند.

برای مطالعه خود، تیم یک رویکرد غربالگری مبتنی بر CRISPR را در سلول‌های CD8+ T اولیه انسانی توسعه دادند. محققان یک هسته Cas9 غیر فعال کاتالیزوری را به یک سرکوب کننده رونویسی برای تداخل CRISPR (CRISPRi) یا یک فعال کننده برای فعال سازی CRISPR (CRISPRa) ادغام کردند. محققان با استفاده از RNA های راهنما که ژن های خاص را هدف قرار می دهند، Cas9 غیرفعال را برای خاموش کردن یا فعال کردن بیان هدایت می کنند.

برای انتخاب ژن‌های هدف، دانشمندان مجموعه داده‌های عمومی را تجزیه و تحلیل کردند که تغییرات در دسترسی کروماتین را در هنگام تمایز سلول‌های T توصیف می‌کردند، و فاکتورهای رونویسی را هدف قرار دادند که به این مناطق ژنومی متصل می‌شوند. آنها 120 فاکتور رونویسی غنی شده در نواحی کروماتین را شناسایی کردند که دسترسی را در طول تمایز سلول های T تغییر می دهد. آنها سپس CRISPRi و CRISPRa را به سمت ژن‌های کدکننده هر یک از این فاکتورهای رونویسی هدف قرار دادند تا تعیین کنند که در صورت وجود کدام یک از این پروتئین‌ها به عنوان تنظیم‌کننده اصلی عمل می‌کنند.

با پیوند دادن اختلالات از دست دادن عملکرد و افزایش عملکرد، تیم چندین تعدیل کننده بالقوه عملکرد سلول T را شناسایی کرد. یکی از امیدوار کننده ترین آنها BATF3 بود که تبلیغ می کند بقای سلول های T CD8+.⁵

در آزمایش‌های آزمایشگاهی بعدی، تیم دریافتند که بیان بیش از حد BATF3 شبکه گسترده‌ای از ژن‌ها را تنظیم می‌کند. در حالی که برخی از ژن‌های تنظیم‌شده بالا با بقای سلول‌های T مرتبط هستند، برخی از ژن‌های کاهش‌یافته با فرسودگی سلول‌های T مرتبط هستند، مکانیزم طبیعی که برای کنترل سلول‌های T تکامل یافته است، اما می‌تواند در توانایی آن‌ها تداخل ایجاد کند. ایجاد یک پاسخ ضد تومور در تنظیمات سرطان.

آنها همچنین دریافتند که بیان بیش از حد BATF3 توانایی سلول های CAR T را برای از بین بردن سلول های سرطانی در شرایط آزمایشگاهی افزایش می دهد. درمان تومورهای جامد یک چالش بزرگ برای درمان با سلول های CAR T است، بنابراین تیم بعدی آزمایش کردند که آیا این استراتژی در برابر تومورها موثر است یا خیر. در یک مدل انسانی سرطان سینه موش، محققان دریافتند که سلول‌های CAR T مهندسی شده برای بیان بیش از حد BATF3 اندازه تومور را بیش از سلول‌های CAR T استاندارد کاهش می‌دهند.

ما می دانستیم که BATF3 برای سلول های T مهم است. گرسباخ گفت: «چیزی که ما نمی‌دانستیم این است که با بیان بیش از حد آن، می‌توانیم فنوتیپ‌های آن‌ها را عمیقاً تغییر دهیم و آنها را در برابر این مدل‌های تومور بسیار قوی‌تر کنیم.»

برای ارزیابی اینکه آیا تغییرات در بیان ژن ناشی از BATF3 با پیامدهای بالینی مثبت مرتبط است، تیم تحقیقات امضاهای رونویسی سلول های T را با یا بدون بیان بیش از حد BATF3 با پروفایل های رونویسی بیمارانی که دریافت کرده بودند مقایسه کردند. CAR T سلول درمانی در یک کارآزمایی بالینی اخیر⁶ آنها دریافتند که بیان بیش از حد BATF3 بیش از 30 درصد از ژن های مرتبط با عدم پاسخ را خاموش کرده و 20 درصد از ژن های مرتبط با پاسخ به درمان با سلول های CAR T را فعال می کند. ورملینگ خاطرنشان کرد: «اگر بتوان این الگوهای بیان ژن را به خوبی تثبیت کرد، هم برای سلول‌های CAR T و هم برای واکسن‌های سرطان یا دیگر انواع درمان‌های مبتنی بر سلول T بسیار مفید خواهد بود».

به گفته ورملینگ، یک گام مهم بعدی برای این تحقیق، ترجمه این یافته ها به کارآزمایی های بالینی است، هدفی که گرسباخ و تیمش هم اکنون به دنبال آن هستند. او گفت: «ما بسیار هیجان‌زده هستیم که می‌توانیم با این نوع بهبودها و مداخلات بر نتایج بیماران سرطانی تأثیر بگذاریم.

چارلز گرسباخ یکی از بنیانگذاران و مشاور علمی Tune Therapeutics است.

منابع

1. McCutcheon SR، و همکاران. تنظیم‌کننده‌های رونویسی و اپی ژنتیک عملکرد سلول‌های CD8+ T انسانی شناسایی شده توسط صفحه‌های متعامد CRISPR. نات جنت. 2023؛ 55 (12): 2211-2223.
2. بلک جی بی و همکاران بازسازی اپی ژنتیکی هدفمند جایگاه های درون زا توسط فعال کننده های رونویسی مبتنی بر CRISPR/Cas9 مستقیماً فیبروبلاست ها را به سلول های عصبی تبدیل می کند.. سلول بنیادی سلولی. 2016; 19 (3): 406-414.
3. بلک جی بی و همکاران تنظیم‌کننده‌های اصلی و کوفاکتورهای تعیین سرنوشت سلول‌های عصبی انسان که توسط نمایشگرهای فعال‌سازی ژن CRISPR شناسایی شده‌اند.. نماینده سلول. 2020؛ 33 (9): 108460.
4. کوون جی بی، و همکاران. مشخصات دودمان سلول های پیش ساز میوژنیک توسط فعال کننده های رونویسی مبتنی بر CRISPR/Cas9. نماینده سلول های بنیادی. 2020; 14 (5): 755-769.
5. Ataide MA، و همکاران. BATF3 حافظه سلول T CD8+ را برنامه ریزی می کند. نات ایمونول. 2020; 21 (11): 1397-1407.
6. Haradhvala NJ، و همکاران. دینامیک سلولی متمایز مرتبط با پاسخ به درمان CAR-T برای لنفوم سلول B مقاوم. نات مد. 2022; 28 (9): 1848-1859.