CRISPR高通量篩選鑒定可增強癌癥T細胞治療的主調控因子

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-11-13 10:39:00【大中小】

摘要：研究人員使用基于CRISPR的篩選平臺發現，轉錄因子基因BATF3代表一個單一的主基因組調節因子，可用于重新編程T細胞中數千個基因的網絡，并大大增強癌細胞的殺傷能力。

杜克大學(Duke University)的研究人員利用CRISPR技術對人類免疫細胞中的基因功能進行了高通量篩選，并發現基因組的單個主調節器可用于重新編程T細胞中數千個基因的網絡，并大大增強癌細胞的殺傷能力。

這種主調節轉錄因子(TF)基因被稱為BATF3，是研究人員發現并測試用于改善T細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的任何t細胞癌癥療法更加有效。結合其他進展，該平臺還可以實現通用的、現成的治療版本，并擴展到其他疾病領域，如自身免疫性疾病。

“使用T細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’，失去殺死癌細胞的能力，”該團隊發表在《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品中效果良好的自然發生的細胞狀態，確定使T細胞更強大、更有彈性的操作方法。”

McCutcheon和研究負責人Charles Gersbach博士，杜克大學John W. Strohbehn杰出生物醫學工程教授，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現。

圖1 通過CRISPR正交篩選鑒定人CD8+T細胞功能的轉錄和表觀遺傳學調控因子

T細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細胞進行重新編程，以尋找并摧毀它們可能忽略的癌細胞。許多公司都在努力改進這項技術，主要是通過使用基因工程技術來指導T細胞如何識別癌細胞，并使它們更有效地消滅癌細胞。

作者指出:“過繼T細胞療法(ACT)具有巨大的癌癥治療潛力，通過表達識別并結合腫瘤相關抗原的工程受體，將T細胞重定向到癌細胞。”

目前有6種FDA批準的T細胞療法用于治療特定的白血病、淋巴瘤和多發性骨髓瘤。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用于實體瘤時效果并不好。實體腫瘤通常會給T細胞帶來巨大的物理障礙，需要克服這些障礙，而呈現靶標的癌細胞的絕對數量和密度會導致T細胞衰竭，從而使T細胞不再能夠產生抗腫瘤反應。

Gersbach說:“在某些情況下，T細胞療法就像一種神奇的藥物，但在大多數情況下，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控軟件，而不是重寫或破壞它們的基因硬件，使這些細胞變得更好。”

Gersbach和他的實驗室在過去幾年里一直在開發一種方法，該方法使用基因編輯技術CRISPR-Cas9的一個版本，在不切割基因的情況下探索和調節基因。相反，它改變了包裝和儲存DNA的結構，影響了伴隨基因的活性水平。

圖2 T細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”的區域，當T細胞在不同狀態之間轉換時，如功能和耗盡，這些區域會發生變化。研究人員評論說:“在這里，我們開發了匯總的表觀遺傳CRISPR篩選方法，以系統地描述激活或抑制120個轉錄和表觀遺傳調節因子對人類CD8+ T細胞狀態的影響。”通過他們的篩選，研究人員確定了120個編碼“主調節器”的基因，這些基因負責許多其他基因的活性水平。利用CRISPR平臺，研究人員上下調節了這些靶標的活性水平，以了解它們如何影響T細胞功能的其他已知標記。

雖然出現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McCutcheon隨后將BATF3直接傳遞給T細胞時，T細胞DNA的包裝結構發生了數千次調整，這與增強的效力和抗衰竭能力有關。“我們發現BATF3過表達促進了記憶T細胞的特定特征，并減弱了與細胞毒性、調節性T細胞功能和衰竭相關的基因程序。”在慢性抗原刺激下，BATF3過表達對抗T細胞耗竭的表型和表觀遺傳特征。

研究人員對BATF3進行了一系列測試。在一個小鼠模型中，當他們在T細胞中過度表達BATF3來攻擊人類乳腺癌腫瘤時，最有趣的結果出現了。雖然標準的T細胞療法難以減緩腫瘤的生長，但同樣劑量的經BATF3改造的T細胞完全根除了腫瘤。“BATF3增強了CAR - T細胞在體外和體內腫瘤模型中的效力，并編程了與過繼性T細胞治療的積極臨床反應相關的轉錄譜。”

雖然BATF3的結果很有希望，但該團隊對識別和調節主調節因子以提高治療效果的方法的總體成功更加熱情，他們已經開發了十年的大部分時間。

研究人員現在可以使用任何T細胞來源或癌癥模型，在模擬臨床環境的各種實驗條件下，很容易地分析T細胞適應性的主要調節因子。Gersbach指出:“這一證明是克服一個主要障礙的關鍵一步，使T細胞療法在更多癌癥類型的患者中發揮作用。”

在報告的研究的最后一部分，McCutcheon篩選了T細胞，無論是否有BATF3，同時使用CRISPR去除基因表達的所有其他主要調節因子-總共超過1600個調節因子。“我們進行了CRISPR敲除篩選，確定了BATF3基因網絡的輔助因子和下游介質，這導致了一組全新的因子的發現，這些因子可以單獨靶向或與BATF3結合，以提高T細胞治療的效力。總的來說，這項工作擴展了表觀基因組編輯器的工具包，以及我們對CD8+ T細胞狀態和功能調節因子的理解。這個基因目錄可以作為設計下一代癌癥免疫療法的基礎。”

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，但現在肖恩和他的團隊已經啟動并運行了整個發現引擎，我們可以一次又一次地對不同的模型和腫瘤類型進行研究。這項研究提出了許多應用這種方法來增強T細胞治療的策略，從使用患者自己的T細胞到擁有用于各種癌癥的廣義T細胞庫。我們希望這些技術能夠普遍適用于所有戰略。”

參考資料

[1] Transcriptional and epigenetic regulators of human CD8+ T cell function identified through orthogonal CRISPR screens