En un proyecto encabezado por investigadores de la Universidad de California en San Francisco, los científicos han ideado una nueva estrategia para modificar con precisión las células T humanas utilizando el sistema de edición del genoma conocido como CRISPR / Cas9. Debido a que estas células del sistema inmunitario desempeñan papeles importantes en un amplio rangode enfermedades, desde diabetes hasta SIDA y cáncer, el logro proporciona una nueva herramienta versátil para la investigación sobre la función de las células T, así como un camino hacia terapias basadas en CRISPR / Cas9 para muchos problemas de salud graves.
Utilizando su enfoque novedoso, los científicos pudieron desactivar una proteína en la superficie de las células T llamada CXCR4, que puede ser explotada por el VIH cuando el virus infecta las células T y causa el SIDA. El grupo también cerró con éxito la PD-1,una proteína que ha atraído un intenso interés en el floreciente campo de la inmunoterapia contra el cáncer, ya que los científicos han demostrado que el uso de medicamentos para bloquear la PD-1 induce a las células T a atacar los tumores.
El sistema CRISPR / Cas9 ha capturado la imaginación tanto de los científicos como del público en general, porque permite editar de manera fácil y económica información genética en prácticamente cualquier organismo. Las células T, que circulan en la sangre, son un candidato obvio paraaplicaciones médicas de la tecnología, ya que estas células no solo se encuentran en el centro de muchos procesos de la enfermedad, sino que también pueden ser fácilmente obtenidas de los pacientes, editadas con CRISPR / Cas9, y luego devueltas al cuerpo para ejercer efectos terapéuticos.
Pero en la práctica, la edición de genomas de células T con CRISPR / Cas9 ha resultado sorprendentemente difícil, dijo Alexander Marson, PhD, miembro de la UCSF Sandler, y autor principal y co-corresponsal del nuevo estudio. "La edición del genoma en células T humanas tieneha sido un desafío notable para el campo ", dijo Marson." Así que pasamos el último año y medio tratando de optimizar la edición en células T funcionales. Hay muchas aplicaciones terapéuticas potenciales, y queremos asegurarnos de que estamos manejandoesto tan duro como podamos "
El nuevo trabajo se realizó bajo los auspicios de la Innovative Genomics Initiative IGI, un programa conjunto de UC Berkeley-UCSF codirigido por Jennifer Doudna, PhD de Berkeley, y Jonathan Weissman, PhD, profesor de farmacología celular y molecular en UCSFy un investigador del Instituto Médico Howard Hughes HHMI. Marson es miembro afiliado de la IGI.
Doudna, profesor de química y de biología celular y molecular en Berkeley, e investigador del HHMI, dijo que la investigación es un importante paso adelante para llevar el poder de la edición CRISPR / Cas9 a la biología y la medicina humanas ". Ha sido genial paraser parte de esta emocionante colaboración, y espero ver las ideas de este trabajo que se utilizarán para ayudar a los pacientes en el futuro ", dijo Doudna, co-autor corresponsal del nuevo artículo.
Cas9, una enzima en el sistema CRISPR que corta el ADN y permite que se inserten nuevas secuencias genéticas, generalmente se ha introducido en las células utilizando virus o fragmentos circulares de ADN llamados plásmidos. Luego, en un paso separado, una construcción genéticaconocido como ARN de guía única, que dirige Cas9 a los puntos específicos del ADN donde se desean cortes, también se coloca en las células.
Sin embargo, hasta hace poco, la edición de células T humanas con CRISPR / Cas9 ha sido ineficiente, con solo un porcentaje relativamente pequeño de células que se modificaron con éxito. Y aunque los científicos han tenido cierto éxito en desactivar genes mediante la inserción o eliminación de secuencias aleatorias,aún no he podido usar CRISPR / Cas9 para pegar o "tocar" nuevas secuencias específicas para corregir mutaciones en las células T.
Como se informará en línea en Actas de la Academia Nacional de Ciencias durante la semana del 27 de julio de 2015, un equipo dirigido por los primeros autores Kathrin Schumann, PhD, becaria postdoctoral en el laboratorio de Marson, y Steven Lin, PhD, becario postdoctoral en el laboratorio de Doudna, resolvió estos problemas al agilizar la entregade Cas9 y ARN de guía única a las células.
En platos de laboratorio, el grupo ensambló ribonucleoproteínas Cas9, o RNP, que combinan la proteína Cas9 con ARN de una sola guía. Luego utilizaron un método conocido como electroporación, en el que las células se exponen brevemente a un campo eléctrico que hace que sus membranas sean máspermeable, para entregar rápidamente estos RNP al interior de las células.
Con estas innovaciones, los investigadores editaron con éxito CXCR4 y PD-1, incluso introduciendo nuevas secuencias para reemplazar "letras" genéticas específicas en estas proteínas. El grupo pudo clasificar las células usando marcadores expresados en la superficie celular, paraayuda a extraer células editadas con éxito para investigación y, finalmente, para uso terapéutico.
"Intentamos durante mucho tiempo introducir Cas9 con plásmidos o lentivirus, y luego expresar por separado el ARN de una sola guía en la célula", dijo Schumann. "Usar RNP producidos fuera de la célula, para que la célula sea responsable detan poco como sea posible del proceso, ha marcado una gran diferencia "
Marson enfatizó que, si bien los informes recientes de la edición CRISPR / Cas9 de embriones humanos han suscitado controversia, las células T se crean de nuevo en cada individuo, por lo que las modificaciones no se transmitirán a las generaciones futuras. Espera que las terapias basadas en Cas9 paraLos trastornos relacionados con las células T, que incluyen enfermedades autoinmunes, así como inmunodeficiencias como la "enfermedad del niño burbuja", ingresarán a la clínica en el futuro.
"En realidad, hay terreno bien pisoteado que pone células T modificadas en los pacientes. Hay compañías que ya lo están haciendo y están descubriendo el perfil de seguridad, por lo que hay una infraestructura clínica cada vez mayor en la que podríamos aprovechar a medida que trabajamos más detalles del genomaedición ", dijo Marson." Creo que las células T editadas por CRISPR eventualmente irán a los pacientes, y sería un error no pensar en los pasos que debemos seguir para llegar allí de manera segura y efectiva ".
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Materiales proporcionados por Universidad de California - San Francisco . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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