科学家们已经开发出一种技术，可以让他们快速地将数千种不同的基因编辑组合“拼凑”在一起，在免疫细胞中进行测试。
图片来自官网，Photo by Anastasiia Sapon
Alex Marson 是Gladstone-UCSF 基因组免疫学研究所所长和创新基因组学研究所人类健康主任。作为一名具有免疫基因组学背景的医学科学家，Alex 的实验室专注于将 CRISPR 基因组编辑技术应用于人类免疫细胞，以了解控制免疫细胞功能的基因程序并操纵 T 细胞产生基于细胞的治疗广泛的疾病。
近年来，科学家们利用基因修饰技术将免疫细胞重新编程为可以攻击癌症的疗法。但这种免疫疗法并不是对所有病人或所有癌症类型都有效，而且筛选每一种可能改善这些重编程免疫细胞的基因变化组合是一项艰巨而缓慢的任务。
现在，格莱斯顿研究所和加州大学旧金山分校的科学家们已经开发出一种技术，可以让他们快速地将数千种不同的基因编辑组合“拼凑”在一起，在免疫细胞中进行测试。这种筛选技术被称为 "模块化集合基因敲除筛选"(Modular Pooled Knockin Screening，ModPoKI，生物通注)，研究人员利用ModPoKI确定一种新的基因组合，当添加到免疫细胞中时，使细胞寿命更长，更有效地对抗癌症。
格拉德斯通-加州大学旧金山分校基因组免疫学研究所主任Alex Marson博士说:“这这是我们在提出如何将基因程序片段组合到细胞中，并测试它们如何对患者有利的问题上迈出的重要一步，我认为这将加速开发更好的细胞疗法。”
“这项研究展示了使用高通量基因组学在细胞疗法中发现和设计新的分子程序的力量，进一步了解这些程序对杀死癌症所需的T细胞状态的影响，”斯坦福医学院病理学系助理教授、该研究的合著者Ansuman Satpathy补充道。
混合与匹配
免疫系统的T细胞在对抗癌症中起着关键作用。当T细胞通过其表面的受体识别出外来癌细胞时，它就会将癌细胞作为目标进行破坏。科学家们已经发现了如何改变T细胞上的受体蛋白——通常是通过添加人工嵌合抗原受体(CAR)的DNA序列来完成的，这样T细胞就能更容易地识别和消灭癌细胞。
在CAR-T细胞疗法中，癌症患者的T细胞通过抽血去除，在实验室中进行基因重组以引入这些新的CAR受体，然后重新注入患者的血液中。然而，许多CAR-T细胞疗法仍然有局限性:它们通常对实体肿瘤不起作用，它们会随着时间的推移而失效，而且一些CAR-T细胞疗法不能引发足够强的免疫反应来杀死癌细胞。
“CAR-T细胞在治疗白血病和淋巴瘤等血癌方面取得了令人难以置信的成功，但我们仍在寻找优化它们并将其应用于其他癌症的方法，到目前为止，我们一直缺乏的是一种系统的方法来发现T细胞中哪些基因变化将最有效地改善CAR-T细胞。”Marson实验室的博士后研究员，论文的第一作者Franziska Blaeschke说。
为了填补这一空白，科学家团队开发了ModPoKI。该技术将多个基因组合成一长段DNA，用于CRISPR基因编辑平台。该小组使用该工具通过将数百个基因与特定CAR的DNA混合，创造了大约10,000种这些DNA延伸的可能组合。然后，他们使用CRISPR将这些拼接在一起的DNA序列粘贴到T细胞基因组的指定位置。
每个T细胞都有不同的DNA序列，然后研究人员让这些细胞相互竞争，看看哪些细胞在各种测试中表现最好，这些测试可以预测抗肿瘤活性。ModPoKI生成的每组基因上都有一个易于阅读的DNA条形码，让他们能够追踪到哪些基因组合导致了T细胞的改善。
在将基因添加到细胞中之前，像乐高一样以新的方式组合基因的能力使他们能够快速发现可能改善CAR-T细胞的组合，而无需手动选择和设计每种组合。
“我们不必单独猜测什么可以改善细胞的功能，然后一个接一个地进行研究，我们可以把这些片段放在一起，然后非常迅速地连续测试许多细胞，这是分子生物学中非常有用的一块。”Theodore Roth博士说。
更好的治疗方法
在这项新研究中，Marson的团队添加到细胞中的基因是表面受体(包括天然的和设计用于向CAR-T细胞发送增强信号的工程受体)和转录因子(控制其他基因的开启和关闭)。当他们分析来自数百个表面受体和转录因子的测试结果时，研究人员发现不同的CAR可以被不同的因素优化。
“事实证明，这不是一种适用于所有转录因子的方法，因此，当研究人员开发新的CAR-T细胞时，检查同时设计哪些其他因素是最好的是有意义的。我们的工作产生了一种图谱，科学家可以用来将不同的转录因子与不同的T细胞受体或CAR结合起来。”
他们还确定了两种转录因子的组合，这两种转录因子可以改善CAR-T细胞。这两种转录因子——被称为BATF和tfap4——提高了CAR-T细胞的适应性，CAR-T细胞之前被开发用于治疗儿童脑肿瘤。
Marson说：“在实验室中，含有BATF和TFAP4的ModPoKI序列使CAR-T细胞显示出提高抗肿瘤活性的潜力，接下来，我们需要做更多的工作来确定添加这些转录因子是否会使CAR-T细胞对人类癌症患者更有效。”
参考文献
Modular pooled discovery of synthetic knockin sequences to program durable cell therapies
