За десятилетие, прошедшее с момента появления редактирования генов CRISPR-Cas9, исследователи использовали эту технологию для удаления или изменения генов во все большем числе типов клеток. Теперь исследователи из институтов Гладстона и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) добавили в этот список человеческие моноциты – белые кровяные тельца, которые играют ключевую роль в иммунной системе.
Команда адаптировала CRISPR-Cas9 для использования в моноцитах и показала потенциальную полезность технологии для понимания того, как иммунная система человека борется с вирусами и микробами. Их результаты были опубликованы сегодня онлайн в журнале Cell Reports.
"Эти эксперименты заложили основу для многих других исследований взаимодействия между основными инфекционными заболеваниями и иммунными клетками человека," говорит старший автор Алекс Марсон, MD, Ph.D., директор Института геномной иммунологии Gladstone-UCSF и доцент медицины UCSF.
"Эта технология открывает двери для идентификации человеческих генов, наиболее важных для функции моноцитов, и для разработки новых терапевтических стратегий против ряда патогенов," добавляет соавтор Неван Кроган, Ph.D., старший исследователь в Гладстоне и директор Института количественных биологических наук при UCSF.
От одной иммунной клетки к другой
Моноциты – это иммунные клетки, выполняющие широкий спектр функций в защите человеческого организма от патогенов. В рамках своей нормальной функции моноциты могут давать начало двум другим типам иммунных клеток: макрофагам, которые поглощают и разрушают чужеродный материал в организме, и дендритным клеткам, которые помогают распознавать патогены и запускать более специфические иммунные ответы.
Команда Марсона ранее изучала Т-клетки, другой класс иммунных клеток, используя технологию CRISPR-Cas9 для выборочного удаления генов из клеток и наблюдения за последствиями. Их результаты помогли указать на цели для новых иммунных методов лечения, которые делают Т-клетки более эффективными в борьбе с болезнями.
Однако моноциты, как известно, трудно изучать в лаборатории. Мало клеток циркулирует в крови, и в чашке Петри они ведут себя иначе, чем внутри тела. Итак, применение CRISPR-Cas9 к моноцитам потребовало настройки стандартных протоколов. Команде пришлось разработать подход, который не только изменил бы гены внутри моноцитов, но и обеспечил бы функциональность этих отредактированных клеток.
"Редактирование моноцитов было сложной задачей, но мы чувствовали, что очень важно повторить успех, достигнутый нами с Т-лимфоцитами, в других иммунных клетках," говорит Джозеф Хиатт, первый автор исследования и аспирант лабораторий Марсона и Крогана.
Способ изучения инфекций
Группа показала, что моноциты, отредактированные с помощью подхода, основанного на CRISPR, все еще могут давать рост как макрофагам, так и дендритным клеткам. Чтобы подтвердить, нормально ли ведут себя эти новые отредактированные клетки, исследователи заразили клетки, выращенные в лаборатории, микробом, вызывающим туберкулез. Они обнаружили, что макрофаги, происходящие из отредактированных моноцитов, все еще были способны поглощать патоген.
Затем исследователи показали, что использование CRISPR-Cas9 для удаления гена SAMHD1 из моноцитов – и, следовательно, образующихся макрофагов – увеличило более чем в пятьдесят раз инфицирование клеток ВИЧ. Хотя уже было известно, что SAMHD1 защищает клетки человека от ВИЧ, эксперимент подтвердил успех их подхода к редактированию генов в моноцитах и его перспективность для изучения заболеваний.
Лаборатория Крогана последние годы каталогизирует человеческие белки, которые вирусы используют для заражения клеток и размножения. Его исследования включали ВИЧ, туберкулез, вирус Эбола и вирус денге – вирусы, поражающие макрофаги и дендритные клетки. Новая способность редактировать гены в этих клетках поможет его команде подтвердить свои выводы и выявить уязвимости, которые могут помочь бороться с этими заболеваниями в будущем. Это также может указывать на цели для лекарств, которые помогают повысить способность моноцитов бороться с инфекциями или, в первую очередь, блокировать захват моноцитов вирусами.
"Теперь, когда мы уверены, что можем успешно редактировать моноциты, наш подход позволит нам глубоко изучить эти клетки и понять их роль в инфекционных заболеваниях," говорит Девин Каверо, соавтор исследования и бывший научный сотрудник UCSF.