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Le malattie autoimmuni si riferiscono a condizioni in cui il sistema immunitario di un paziente attacca le proprie cellule e organi, provocando infiammazione cronica e danni ai tessuti. Ad oggi sono stati descritti quasi 100 diversi tipi di condizioni autoimmuni, che colpiscono il 3-5% della popolazioneumana1. Molte delle condizioni autoimmuni, tra cui il lupus eritematoso sistemico e l'IBD, mancano di trattamenti efficaci e presentano significative esigenze mediche insoddisfatte. Attualmente colpisce circa 1,5 milioni di persone solo negli Stati Uniti, l'IBD è una malattia devastante caratterizzata da un'infiammazione intestinale progressiva, persistente e recidivante senza cura disponibile. Svelare la patogenesi e la fisiopatologia sottostanti è necessario per fornire le nuove strategie di trattamento e prevenzione che i pazienti con IBD richiedono 2,3.
Oltre 230 diversi loci di IBD sono stati identificati attraverso analisi di associazione genome-wide (GWAS)4. Sebbene queste associazioni abbiano chiarito nuovi geni che sono potenzialmente attori importanti nei meccanismi e nei percorsi chiave dell'IBD, sono stati studiati solo pochi geni di questi loci. Alcuni geni sono stati implicati in percorsi specifici. Ad esempio, la via di rilevamento dei microbi è stata collegata alla proteina 2 (NOD2) contenente il dominio di oligomerizzazione legante i nucleotidi; la via dell'autofagia è stata collegata all'autofagia 16 like 1 (ATG16L1), alla famiglia GTPasi M correlata all'immunità (IRGM) e al membro della famiglia 9 del dominio di reclutamento delle caspasi (CARD9); e la via pro-infiammatoria è stata collegata alle risposte delle cellule T guidate dall'interleuchina (IL)-234. Vari modelli murini in vivo sono stati utilizzati per caratterizzare funzionalmente i geni identificati attraverso GWAS 5,6.
Uno dei modelli chiave utilizzati per studiare la patogenesi 7,8 dell'IBD è il modello CD40 della colite, che induce un'infiammazione intestinale immunitaria innata in seguito all'iniezione di un anticorpo agonista CD40 in topi immunodeficienti (cellule T e B). Utilizzato principalmente per esaminare il contributo dell'immunità innata allo sviluppo di IBD, principalmente macrofagi e cellule dendritiche9, non è chiaro se la malattia possa essere indotta in topi wild-type (WT) completamente immunocompetenti. Oltre ai modelli animali, sono necessari anche strumenti specifici per i geni per la caratterizzazione funzionale di un gene, compresi i composti chimici e i farmaci biologici. Ancora più importante, gli animali geneticamente modificati sono essenziali per rivelare la funzione di un gene specifico. Tuttavia, le strategie tipicamente utilizzate per realizzare topi geneticamente modificati – l'iniezione e l'allevamento di embrioni – spesso richiedono più di un anno e comportano un costo finanziario significativo. Questo processo di limitazione della velocità rappresenta una sfida significativa nella ricerca per chiarire le funzioni dei geni correlati alle IBD identificati da GWAS.
Il protocollo qui presentato fornisce una valida alternativa all'allevamento di topi geneticamente modificati. In primo luogo, come mostrato nella Figura 1 , le cellule schematiche, lignaggio-negative, antigene1-positivo, recettore tirosin-chinasi Kit-positive (lineage-Sca1+c-Kit+ o LSK) vengono isolate dal midollo osseo di topi Cas9 knockin (KI) portatori di un allele specifico (CD45.2) per consentire il tracciamento delle cellule immunitarie del donatore. Successivamente, queste cellule sono esposte a lentivirus che portano diversi RNA guida (gRNA) e un marcatore fluorescente, la proteina fluorescente verde eccitata al viola (VexGFP), per consentire il tracciamento delle cellule trasdotte. Due giorni dopo, le cellule VexGFP+ vengono selezionate e iniettate in topi Ly5.1 Pep Boy riceventi irradiati letalmente, che sono topi C57Bl/6 portatori dell'allele CD45.1 per consentire il tracciamento delle cellule immunitarie riceventi. Dodici settimane dopo, il sistema immunitario è completamente ricostituito e i topi possono essere arruolati in modelli in vivo.
Oltre al vantaggio di risparmiare sui costi e di accelerare i tempi di generazione rispetto alla generazione e all'allevamento di animali geneticamente modificati, questa metodologia è ideale per bersagli che sono letali embrionali, in quanto si rivolge specificamente al compartimento ematopoietico. Inoltre, per i bersagli in cui non sono disponibili strumenti, come un anticorpo, questo sistema fornisce un approccio fattibile. In sintesi, per affrontare le sfide descritte finora, è stata sviluppata una piattaforma di editing genomico in vivo basata su CRISPR/Cas9 per generare rapidamente modelli animali geneticamente modificati 10,11,12,13,14. Questo studio dimostra che l'infiammazione intestinale nei topi WT C57Bl/6 può essere indotta da un anticorpo agonista CD40. CD40 è un regolatore chiave della malattia in questo modello ed è stato quindi utilizzato come bersaglio del modello per convalidare il knockout basato su CRISPR/Cas9 e la perdita della funzione genica.