《Science》CRISPR應用新突破 !「CRISPRa」破解T細胞激素生成機制

日期2022-02-09
(圖片來源:網路)

近(4)日,美國格拉斯通研究所(Gladstone Institutes)和加州大學舊金山分校(UCSF)研究團隊,在最新一期《Science》中,共同發表一項不是透過基因體編輯、而是透過創新CRISPR/Cas9系統「CRISPRa」直接對基因體的活化與干擾,找出一系列與細胞激素(cytokines)生成有關的調節基因,有望成為破解自體免疫疾病、免疫缺陷和免疫癌症背後機制的有力工具。
 
以往的CRISPR-Cas9基因體編輯系統,是將被形容為「分子剪刀」(molecular scissors)的Cas9蛋白,用來切割基因體中目標位點的DNA。
 
不過,帶領此研究的格拉斯通-UCSF遺傳免疫學研究所所長Alexander Marson,卻是將它用在各種人類免疫細胞中,透過剔除(knock out)基因,來了解如何利用免疫細胞遺傳工程,更有效對抗感染、發炎或癌症。
 
然而,研究團隊認為,單單剔除基因對於深入了解關鍵基因的功能還不夠,例如,它無法告訴你當某些基因更加活化時會發生什麼事。因此,他們修改了Cas9蛋白、在它上頭加上了一個分子開關,使得它不再是用來切割DNA,而是和DNA基因位點結合後活化該基因,並取活化(activate)的縮寫,將此系統取名為CRISPRa;同時,這個系統也可以反向操作,干擾目標基因的表現,並取干擾(interference)的縮寫命名為CRISPRi。
 
此研究的另一創舉,在於使用的不是永生細胞譜系(immortalized cell lines),而是由取自健康人的初代T細胞(primary human T cell),透過優化慢病毒(lentivirus)途徑,高效率、大規模地同時進行多達2萬個基因的CRISPRa研究,繼而找出數百個調節細胞激素的關鍵基因,其中有些是過去在剔除模式研究下未曾發現的。
 
Marson表示,T細胞不僅扮演對抗病原體的重要角色,還會透過各種不同的細胞激素,調節其他免疫細胞對入侵者或癌症細胞的反應,而不同種類的T細胞能產生不同類型的細胞激素,進而產生不同的免疫反應。
 
因此,倘若能夠更深入的了解、進而控制T細胞的細胞激素生成,將能為科學家提供重塑免疫系統的契機,且這樣的概念,可以適用在很廣泛的各種疾病之中,包括自體免疫疾病、免疫缺陷和癌症。
 
研究團隊表示,若能掌握一套系統性了解T細胞活化調節因子的系統性方法,將能提供研究疾病的切入點,以及更進一步帶來次世代免疫療法的機會。例如,讓嵌合抗原受體T細胞(CAR-T)療法變得更加精確而有效。Marson的研究團隊也正在進一步研究找到的基因,並利用CRISPRa、CRISPRi找出更多控制其他人類免疫細胞關鍵特徵的基因。
 
參考資料:
https://gladstone.org/news/scientists-reveal-rosetta-stone-immune-cell-function
原始研究:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj4008

(編譯 / 吳培安)