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Die neue Crispra-Gen-Editierungstechnologie hilft bei der Suche nach Genen, die in Immunzellen eine Rolle spielen

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Die neue Crispra-Gen-Editierungstechnologie hilft bei der Suche nach Genen, die in Immunzellen eine Rolle spielen

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Die CRISPR-Gen-Editierungstechnologie hat sich zu einem leistungsfähigen Instrument entwickelt, um DNA-Sequenzen auszuschalten oder zu verändern und die daraus resultierenden Auswirkungen zu untersuchen. Jetzt haben Forscher des Gladstone Institute und der UCSF an der University of California, San Francisco, das CRISPR-Cas9-System gewählt, um Gene in menschlichen Immunzellen gewaltsam zu aktivieren, anstatt sie zu verändern. Mit dieser Methode, der so genannten CRISPR-Aktivierung (Crispra), können sie Gene, die eine Rolle in der Biologie der Immunzellen spielen, gründlicher und schneller als bisher finden.

Dies ist ein aufregender Durchbruch, der die Forschung im Bereich der Immuntherapie beschleunigen wird. Diese Crispra-Experimente haben eine neue Anwendungsperspektive geschaffen, um zu verstehen, welche Gene bei jeder Funktion von Immunzellen eine wichtige Rolle spielen. Dies wiederum wird uns ein neues Verständnis dafür vermitteln, wie man Immunzellen genetisch verändern kann, um sie zur Behandlung von Krebs und Autoimmunkrankheiten einzusetzen.

Die in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie ist das erste Mal, dass Crispra in großem Maßstab in primären menschlichen Zellen, die direkt vom Menschen isoliert wurden, erfolgreich eingesetzt wurde.

Die Wissenschaftler aktivierten jedes Gen in verschiedenen Zellgenomen und testeten fast 20000 Gene parallel. Auf diese Weise können sie schnell herausfinden, welche Gene den stärksten Hebel zur Umprogrammierung der Zellfunktionen darstellen, was letztendlich zu einer wirksameren Immuntherapie führen könnte.

Das Genom-Editierungssystem CRISPR cas9 stützt sich in der Regel auf das Protein cas9, das allgemein als "molekulare Schere" bezeichnet wird, um die DNA an der gewünschten Stelle des Genoms zu schneiden.

Forscher verwenden die CRISPR-Schere in der Regel, um selektiv Gene aus verschiedenen Arten menschlicher Immunzellen zu entfernen oder auszuschalten, darunter regulatorische T-Zellen und Monozyten.

Das Ausschalten von Genen ist sehr hilfreich, um das grundlegende Wissen über die Funktion von Immunzellen zu verstehen, aber das Ausschalten allein kann dazu führen, dass die genaue Position einiger wirklich wichtiger Gene nicht bekannt ist.

Insbesondere sagt das Ausschalten eines Gens nichts darüber aus, was passiert, wenn man es aktiver macht.

Daher wandten sich die Forscher an Crispra. In Crispra wird das Cas9-Protein so verändert, dass es keine DNA mehr schneiden kann. Stattdessen können die Wissenschaftler einen Aktivator, einen molekularen "Ein"-Schalter, an das cas9-Protein anschließen, so dass es, wenn es an ein Gen bindet, dieses aktiviert. Alternativ können sie einen Repressor, einen "Aus"-Schalter, mit dem cas9-Protein verbinden, um das Gen auszuschalten und so ähnliche Ergebnisse zu erzielen wie mit einer typischen Knockout-Methode (Crispri für CRISPR-Interferenz genannt).

T-Zellen sind eine Art weißer Blutkörperchen, die zu den wichtigsten Vermittlern der menschlichen Immunität gehören. Sie richten sich nicht nur gegen eindringende Krankheitserreger, sondern leiten auch andere Immunzellen an, ihre Reaktion auf Eindringlinge oder Krebszellen zu verstärken oder zu verringern. Diese Informationsübermittlung erfolgt durch die Produktion von Signalmolekülen, den so genannten Zytokinen. Verschiedene Arten von T-Zellen produzieren unterschiedliche Zytokinbibliotheken, und verschiedene Zytokine oder Zytokinmischungen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Immunantwort.

Die Kontrolle der T-Zell-Zytokine wird neue Möglichkeiten eröffnen, die gesamte Immunantwort in einer Vielzahl unterschiedlicher Krankheitsumgebungen neu zu gestalten. Die Forscher wissen jedoch nicht genau, welche Gene welche Zytokine steuern.

Diese Arbeit ermöglicht es den Cris-Forschern, bei der ursprünglichen und der neuen Cris-Generation effizienter denn je zu sein.

Diese verbesserte Effizienz bei der Einbringung von Crispra- oder Crispri-Maschinen in Zellen ist entscheidend für genomweite Experimente und eine beschleunigte Entdeckung.

Das Team setzte diese Methoden ein, um fast 20000 Gene in menschlichen T-Zellen zu aktivieren oder zu inaktivieren, die direkt aus mehreren gesunden Freiwilligen isoliert wurden. Sie untersuchten die daraus resultierenden Zellen auf Veränderungen in der Zytokinproduktion und konzentrierten sich dabei auf Hunderte von Genen, die als wichtige Zytokinregulatoren fungieren, darunter auch einige, die zuvor noch nie in einem Knockout-Screening gefunden worden waren.

Diese Studien bewiesen die Genauigkeit und Skalierbarkeit der Technologie bei menschlichen T-Zellen, und die Forscher verstanden bald die Regeln, welche Gene zur Regulierung bestimmter Zytokinspiegel eingeschaltet werden können.

Zur Behandlung bestimmter Krebsarten setzen Kliniker zunehmend auf die T-Zell-Therapie, bei der T-Zellen von Patienten entnommen, im Labor so verändert werden, dass sie gegen Krebszellen gerichtet sind, und dann injiziert werden. Die Verbesserung der Anti-Krebs-Fähigkeit von T-Zellen, z. B. durch Veränderung der Produktion von Zytokinen, kann die Wirksamkeit der KZ-Therapie erhöhen.

Die Crispra-Technologie ist die grundlegende molekulare Sprache, mit der man T-Zellen entwerfen und ihnen sehr präzise Eigenschaften verleihen kann.

Marsons Labor untersucht nun einige der einzelnen Gene, die sie untersucht haben, und versucht, Crispra und Crispri weiter zu nutzen, um Gene zu finden, die andere wichtige Eigenschaften in menschlichen Immunzellen steuern.

In Zusammenarbeit mit dem Gladstone UCSF Institute of Genomic Immunology, dem Institute of Innovative Genomics und dem UCSF Life Therapy Program hofft das Forschungsteam nun, mit Hilfe des neuen Leitfadens synthetische Genprogramme zu erstellen, die mittels CRISPR in die nächste Generation der zellulären Immuntherapie zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingebaut werden können.