【嵇叔夜專欄】新工具增強抗癌細胞的能力

加州史丹佛大學的生物工程師 Stanley Qi 和免疫學家 Crystal Mackall 及其同事開發了一種替代系統，稱為 MEGA（多重效應器引導陣列）。它具有 CRISPR 引導 RNA，但將 DNA 切割 Cas9 替換為稱為 Cas13d 的 RNA 切割替代品。這對組合中 CRISPR 的一半將 Cas13d 引導至 DNA 模板產生的目標 mRNA。薩拉·里爾登 Sara Reardon發表在最新一期《自然》(Nature)的<MEGA-CRISPR 工具增強抗癌細胞的能力>( MEGA-CRISPR tool gives a power boost to cancer-fighting cells)指出，編輯 RNA 而不是 DNA 的系統可以為耗盡的 CAR T 細胞賦予新的生命。(A system that edits RNA rather than DNA can give new life to exhausted CAR T cells. )
T 細胞的免疫步兵來攻擊腫瘤細胞
CRISPR -Cas9基因編輯系統擅長改變和破壞基因。但它所做的改變是永久性的，如果系統出現問題，這可能會成為一個大問題。現在，基於 CRISPR 的系統以細胞的短命信使 RNA（而不是 DNA）為目標，可以提供一種更精確、可逆的細胞療法設計方法，甚至可以幫助科學家發現不同基因如何協同工作。這個成果發表在2 月 21 日發表在Cell 1上。
工程化CRISPR 系統通常有兩個主要組件：DNA 切割酶（通常為Cas9）和一段「引導」RNA，將酵素引導至待編輯的 DNA 片段。該系統最有前景的醫學應用之一是其在生產嵌合抗原受體 (CAR) T 細胞方面的潛在用途。它們是透過改造稱為 T 細胞的免疫步兵來攻擊腫瘤細胞表面的特定蛋白質而製成的。但 DNA 編輯 CRISPR 系統可能會帶來安全性問題，並且在這些細胞中效率相對較低。
CRISPR 2.0：新一波基因編輯即將進入臨床試驗
「我們並沒有真正觸及任何 DNA，」Qi 說。這避免了造成永久性變化的風險，或者更糟的是，在指定目標以外的地方切割 DNA。mRNA 在細胞中的存活時間不會很長，因此任何錯誤都會很快消失。
T 細胞等活躍細胞會產生各種不斷變化的 mRNA 分子，每種分子都會指導特定蛋白質的產生。Cas13d 切割目標 mRNA，將其破壞並阻止其產生特定蛋白質。這與關閉相關基因具有相同的效果。MEGA 使研究人員能夠創建「多重」CRISPR–Cas13d 系統，該系統可以關閉多種蛋白質的產生，一次有效地關閉多達 10 個基因。
使疲憊的細胞恢復活力
該團隊利用該系統解決了 CAR-T 療法的一個缺陷，即 T 細胞衰竭。如果 CAR T 細胞因慢性感染或長期腫瘤而被活化過多次，它們的效果就會降低。
為了給疲憊的 T 細胞帶來刺激，研究人員設計了 CRISPR 系統，該系統針對參與能量產生和糖代謝等功能的 mRNA 分子。經過一些 MEGA 組合處理的 T 細胞停止表達疲勞分子訊號，並且在縮小小鼠腫瘤方面變得更好。
增強抗癌 T 細胞的競賽
Qi、Mackall 和他們的同事還創建了 Cas13d 的一個版本，僅當 CAR T 細胞接受抗生素甲氧芐啶處理時才會開啟。透過改變甲氧芐啶的劑量，研究人員可以上下「調整」mRNA水平，使團隊能夠精確控制分子路徑何時以及如何被激活，而不是完全關閉它們。
「看到 RNA CRISPR 工具箱如何應用總是令人興奮，」劍橋麻省理工學院的系統生物學家 Jonathan Gootenberg 說。他說，調整 RNA 轉錄本集合的能力對於細胞療法特別有用。
費城賓州大學的免疫學家 Joseph Fraietta 對此表示同意。他說，根據他自己使用 CRISPR 的經驗，他的團隊一次只能編輯 CAR T 細胞中的大約三個基因，然後細胞就會變得不健康。「這將開闢更多途徑，」他說。但他警告說，該系統需要持續高水平的 Cas13d，這可能會引發免疫反應。
Mackall 和 Qi 表示，MEGA 調節基因表現的能力使科學家能夠同時改變多種 mRNA 的水平，揭示了來自不同基因組合的不同量的 mRNA 如何協同工作來執行細胞功能。