$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Auto-immuunziekten verwijzen naar aandoeningen waarbij het immuunsysteem van een patiënt zijn eigen cellen en organen aanvalt, wat resulteert in chronische ontsteking en weefselbeschadiging. Tot nu toe zijn bijna 100 verschillende soorten auto-immuunziekten beschreven, die 3-5% van de menselijke bevolking treffen1. Veel van de auto-immuunziekten, waaronder systemische lupus erythematosus en IBD, missen effectieve behandelingen en vertonen aanzienlijke onvervulde medische behoeften. IBD treft momenteel alleen al in de VS ongeveer 1,5 miljoen mensen en is een verwoestende ziekte die wordt gekenmerkt door progressieve, aanhoudende en recidiverende darmontsteking zonder beschikbare remedie. Het ontrafelen van de onderliggende pathogenese en pathofysiologie is nodig om de nieuwe behandelings- en preventiestrategieën te leveren die IBD-patiënten nodig hebben 2,3.
Meer dan 230 verschillende IBD-loci zijn geïdentificeerd door middel van genoombrede associatieanalyses (GWAS)4. Hoewel deze associaties nieuwe genen hebben opgehelderd die potentieel belangrijke spelers zijn in de belangrijkste mechanismen en routes van IBD, zijn slechts enkele genen van deze loci bestudeerd. Sommige genen zijn betrokken bij specifieke routes. De microbe-detectieroute is bijvoorbeeld in verband gebracht met nucleotide-bindend oligomerisatiedomein-bevattend eiwit 2 (NOD2); de autofagieroute is in verband gebracht met autofagie-gerelateerde 16 like 1 (ATG16L1), immuniteitsgerelateerde GTPase-familie M (IRGM) en caspase-rekruteringsdomeinlid 9 (CARD9); en de pro-inflammatoire route is in verband gebracht met interleukine (IL)-23-gedreven T-celresponsen4. Er zijn verschillende in vivo muismodellen gebruikt om genen die zijn geïdentificeerd via GWAS 5,6 functioneel te karakteriseren.
Een van de belangrijkste modellen die worden gebruikt om de pathogenese van IBD 7,8 te bestuderen, is het CD40-model van colitis, dat aangeboren immuun-darmontsteking induceert na injectie van een CD40-agonistisch antilichaam in immunodeficiënte (T- en B-cel) muizen. Voornamelijk gebruikt om de bijdrage van aangeboren immuniteit aan de ontwikkeling van IBD te onderzoeken, meestal macrofagen en dendritische cellen9, is het onduidelijk of ziekte kan worden geïnduceerd bij volledig immuuncompetente wildtype (WT) muizen. Naast diermodellen zijn ook genspecifieke hulpmiddelen nodig voor de functionele karakterisering van een gen, inclusief chemische verbindingen en biologische geneesmiddelen. Wat nog belangrijker is, genetisch gemodificeerde dieren zijn essentieel om de functie van een specifiek gen te onthullen. De strategieën die doorgaans worden gebruikt om genetisch gemodificeerde muizen - embryo-injectie en fokken - te maken, duren echter vaak meer dan een jaar en brengen aanzienlijke financiële kosten met zich mee. Dit snelheidsbeperkende proces vormt een belangrijke uitdaging in de zoektocht naar opheldering van de functies van de IBD-gerelateerde genen die door GWAS zijn geïdentificeerd.
Het hier gepresenteerde protocol biedt een levensvatbaar alternatief voor het fokken van genetisch gemodificeerde muizen. Ten eerste, zoals weergegeven in het schema van figuur 1 , worden afstammingsnegatieve, stamcelantigeen1-positieve, receptortyrosinekinase Kit-positieve (afstammings-Sca1+c-Kit+ of LSK) cellen geïsoleerd uit het beenmerg van Cas9-knockin (KI)-muizen met een specifiek allel (CD45.2) om het volgen van immuuncellen van donorcellen mogelijk te maken. Vervolgens worden deze cellen blootgesteld aan lentivirussen met verschillende gids-RNA's (gRNA's) en een fluorescerende marker, violet-geëxciteerd groen fluorescerend eiwit (VexGFP), om het volgen van getransduceerde cellen mogelijk te maken. Twee dagen later worden VexGFP+-cellen gesorteerd en geïnjecteerd in dodelijk bestraalde ontvangende Ly5.1 Pep Boy-muizen, dit zijn C57Bl/6-muizen met het CD45.1-allel om het volgen van immuuncellen van de ontvanger mogelijk te maken. Twaalf weken later is het immuunsysteem volledig hersteld en kunnen de muizen worden opgenomen in in vivo modellen.
Naast het voordeel van kostenbesparingen en een snellere time-to-generation in vergelijking met het genereren en fokken van genetisch gemodificeerde dieren, is deze methodologie ideaal voor doelen die embryonaal dodelijk zijn, omdat deze specifiek gericht is op het hematopoëtische compartiment. Bovendien biedt dit systeem een haalbare aanpak voor doelen waarvoor geen instrumenten beschikbaar zijn, zoals een antilichaam. Samenvattend, om de tot nu toe beschreven uitdagingen aan te pakken, werd een in vivo CRISPR/Cas9-gebaseerd genoombewerkingsplatform ontwikkeld om snel genetisch gemodificeerde diermodellen te genereren 10,11,12,13,14. Deze studie toont aan dat darmontsteking bij WT C57Bl/6-muizen kan worden geïnduceerd door een CD40-agonistisch antilichaam. CD40 is een belangrijke regulator van de ziekte in dit model en werd daarom gebruikt als modeldoelwit om de op CRISPR/Cas9 gebaseerde knock-out en het verlies van genfunctie te valideren.