В статье описан протокол применения in vitro модели истощения для завершения полногеномного скрининга нокаута CRISPR в Т-клетках здорового донорского химерного антигенного рецептора.
Методическая статья
В статье описан протокол применения in vitro модели истощения для завершения полногеномного скрининга нокаута CRISPR в Т-клетках здорового донорского химерного антигенного рецептора.
Клеточная терапия химерным антигенным рецептором Т (CART) является инновационной формой таргетной иммунотерапии, которая произвела революцию в лечении рака. Тем не менее, долгосрочная реакция остается ограниченной. Недавние исследования показали, что эпигенетический ландшафт преинфузионных клеточных продуктов CART может влиять на ответ на терапию, и в качестве решения было предложено редактирование генов. Тем не менее, необходимо провести дополнительную работу, чтобы определить оптимальную стратегию редактирования генов. Полногеномный скрининг CRISPR стал популярным инструментом как для исследования механизмов устойчивости, так и для оптимизации стратегий редактирования генов. Тем не менее, их применение к первичным клеткам сопряжено со многими проблемами. Здесь мы описываем метод завершения полногеномного скрининга нокаута CRISPR в клетках CART от здоровых доноров. В качестве экспериментальной модели мы разработали этот метод для исследования развития истощения в клетках CART, нацеленных на антиген CD19. Тем не менее, мы считаем, что этот подход может быть использован для рассмотрения различных механизмов резистентности к терапии в различных конструкциях CAR и моделях опухолей.
Клеточная терапия химерным антигенным рецептором Т (CART) показала впечатляющие успехи в лечении злокачественных новообразований В-клеток; Тем не менее, устойчивая реакция ограничена 30-40%1,2,3,4,5. В то время как исследователи разработали и протестировали несколько подходов к устранению механизмов резистентности к клеточной терапии CART, включая оптимизацию дизайна CAR, редактирование генов и комбинированную терапию, развитие резистентности остается в значительной степени неизвестным. В последнее время появляется все больше доказательств того, что исходный профиль экспрессии генов преинфузионных клеточных продуктов CART является важным фактором, определяющим как токсичность, так и эффективность терапии CART 6,7,8,9. Таким образом, редактирование генов во время производства клеток CART стало популярным подходом для повышения успешности клеточной терапии CART.
Например, наша лаборатория ранее показала, что использование кластеризованных регулярно чередующихся коротких палиндромных повторов (CRISPR) технологии Cas9 для нокаутирования гена гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (GM-CSF) улучшает активность клеток CART и уменьшает признаки токсичности, связанной с CART 10,11,12. Кроме того, клеточная терапия, разработанная с помощью CRISPR, была протестирована в клинических испытаниях и показала эффективность и безопасность13. В совокупности это указывает на то, что редактирование генов с помощью технологии CRISPR может не только улучшить наше понимание клеточной биологии CART, но и создать транслируемые клеточные продукты CART.
Полногеномные нокаут-скрининги CRISPR становятся все более популярными инструментами в исследованиях биологии рака, позволяющими понять механизмы устойчивости к терапевтическим препаратам. В этом методе десятки тысяч направляющих РНК (гРНК) доставляются в пулы клеток, чтобы стимулировать поступление одной гРНК на клетку14. Затем клетки подвергаются условиям, вызывающим давление, когда клетки, трансдуцированные гРНК, нацеленными на основные гены, умирают, а клетки, трансдуцированные гРНК, нацеленными на ингибирующие гены, выживают и размножаются. Используя секвенирование нового поколения, мы можем определить, как репрезентация гРНК изменяется на протяжении всего скрининга CRISPR14.
Тем не менее, масштаб и время отбора, необходимые для полногеномных возмущений генов, могут быть сложными для достижения в первичных клетках, таких как клетки CART. Таким образом, группы использовали целевые скрининги CRISPR для дальнейшего понимания механизмов терапевтической резистентности15,16. Целевые скрининги часто легче проводить в первичных ячейках, поскольку они имеют меньшие библиотеки, которые требуют меньшего количества ячеек для достижения адекватного представления библиотеки. В то время как эти исследования улучшили наше понимание механизмов устойчивости к клеточной терапии CART, таргетный скрининг вносит смещение из-за ручного выбора генных мишеней. В данной статье предпринята попытка описать метод проведения in vitro полногеномного нокаут-скрининга CRISPR в клетках CART от здоровых доноров. Таким образом, этот высокопроизводительный подход позволяет эффективно, непредвзято идентифицировать ключевые пути и гены, которые могут быть отредактированы для улучшения терапевтических реакций 17,18,19.
В частности, протокол, описанный в этой статье, предназначен для повышения понимания истощения CART-клеток в этой области путем завершения полногеномного скрининга нокаута CRISPR моделью истощения in vitro. Истощение является дисфункциональной судьбой клеток CART, которая связана с отсутствием ответа на клеточную терапию CART 20,21,22. Известно, что эта клеточная судьба эпигенетически регулирована и характеризуется снижением пролиферации CART-клеток, снижением продукции эффекторных цитокинов и увеличением экспрессии тормозных рецепторов23. В предшествующей литературе редактирование генов было способно предотвратить развитие истощения путем повышения или понижения уровня ключевых генов 24,25,26. Учитывая как снижение пролиферативной способности по мере истощения клеток CART, так и доказательства того, что редактирование генов может предотвратить его возникновение, мы смоделировали наш скрининг нокаута CRISPR in vitro на основе этой клеточной судьбы. Тем не менее, в будущем этот протокол может быть изменен для изучения других механизмов резистентности к клеточной терапии CART.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Важно отметить, что протокол, изложенный ниже, соответствует рекомендациям и получил одобрение Институционального наблюдательного совета клиники Майо (IRB 18-005745) и Институционального комитета по биобезопасности (IBC HIP00000252.43). Все работы с клеточными культурами, включая производство лентивирусов, должны проводиться в капюшоне для клеточных культур с соответствующими средствами индивидуальной защиты. В частности, лентивирусная работа должна проводиться в соответствии с мерами предосторожности уровня биобезопасности 2 (BSL-2), включая использование 10% отбеливателя для дезинфекции предметов перед утилизацией.
1. Расширение библиотеки CRISPR
2. Секвенирование нового поколения для проверки представления исходной гРНК в библиотеке CRISPR
ПРИМЕЧАНИЕ: Праймеры NGS для этой библиотеки CRISPR были разработаны в предыдущей публикации27. Использование разного обратного праймера для каждого образца позволит штрих-кодировать каждый образец и обеспечить объединение образцов во время секвенирования.
3. Производство библиотеки CRISPR и CAR-экспрессии лентивирусов
4. Расчет титра вируса для CAR-экспрессирующего лентивируса
ПРИМЕЧАНИЕ: Лентивирус CAR титрировался так, как описано ранее 10,12.
5. Расчет титра вируса для лентивируса библиотеки CRISPR
Примечание: Этот протокол описывает минимальное количество Т-клеток для титрования лентивируса библиотеки CRISPR, но он может быть масштабирован для размещения большего количества Т-клеток и, следовательно, большего количества вируса.


6. Фаза производства ячейки CART для экрана CRISPR (дни 0 - 8)
Примечание: В приведенном ниже протоколе описывается завершение скрининга CRISPR в одной биологической реплике. Тем не менее, этот протокол ранее был валидирован с использованием трех биологических репликатов, и мы рекомендуем использовать по меньшей мере три биологические репликации для других лиц, выполняющих этот протокол30.
7. Фаза отбора гРНК с помощью скрининга CRISPR (дни 8 - 22)
8. Подготовка геномной ДНК для секвенирования нового поколения
Примечание: Для поддержания адекватного охвата геномная ДНК (гДНК) должна быть выделена по меньшей мере из 33 × 106 клеток CART. Кроме того, вся гДНК из 33 × 106 CART-клеток должна быть подготовлена к секвенированию.
9. Анализ результатов секвенирования
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы исследовать гены и пути, которые могут быть отредактированы для улучшения активности клеток CART непредвзятым образом, мы разработали полногеномный скрининг CRISPR in vitro (рис. 1). Этот экран имеет две фазы: фазу производства ячейки CART и фазу селективного давления. На этапе производства CART-клеток не менее 110 × 106 Т-клеток сначала выделяют из здоровых донорских PBMC и активируют с помощью гранул CD3+/CD28+. На следующий день, в 1...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Редактирование генов стало мощным инструментом как в понимании механизмов устойчивости к терапии, так и в разработке новых методов клеточной терапии CART для увеличения продолжительности жизни и активности клеток CART 16,17,26. В то время как некоторые стратегии редактирования генов показали улучшение активности клеток CART как в доклинических моделях, так и в клинических испытаниях, еще предсто...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
SSK является изобретателем патентов в области иммунотерапии CAR, лицензированных компаниями Novartis (по соглашению между клиникой Майо, Университетом Пенсильвании и Novartis), Humanigen (через клинику Майо), Mettaforge (через клинику Майо) и MustangBio (через клинику Майо), а также Chymal therapeutics (через клинику Майо). CS, CMR и SSK являются изобретателями по патентам, лицензированным Immix Biopharma. SSK получает финансирование на исследования от Kite, Gilead, Juno, BMS, Novartis, Humanigen, MorphoSys, Tolero, Sunesis/Viracta, LifEngine Animal Health Laboratories Inc. и Lentigen. SSK принимала участие в консультативных совещаниях с компаниями Kite/Gilead, Calibr, Luminary Therapeutics, Humanigen, Juno/BMS, Capstan Bio и Novartis. SSK входила в состав совета по безопасности и мониторингу данных в компаниях Humanigen и Carisma. SSK расторгла контракты с консультантами по Torque, Calibr, Novartis, Capstan Bio, BMS, Carisma и Humanigen. CMS и SSK являются изобретателями интеллектуальной собственности, полученной в результате использования этого протокола.
Это исследование было частично профинансировано Центром индивидуализированной медицины клиники Майо (SSK), Комплексным онкологическим центром клиники Майо (SSK), Клиническим центром регенеративной биотерапии Майо (SSK), Национальными институтами здравоохранения K12CA090628 (SSK) и R37CA266344-01 (SSK), Грантом CA201127 Министерства обороны (SSK), Фондом Преддолина (SSK) и Миннесотским партнерством по биотехнологии и медицинской геномике (SSK). CMS поддерживается Высшей школой биомедицинских наук клиники Майо. Схема экрана CRISPR (рис. 1) была создана с помощью BioRender.com (Siegler, L. (2022) https://BioRender.com/k71r054).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 293T клетки | ATCC | CRL-3216 | Клетки, используемые для производства лентивируса |
| Biotin ProteinL Антитело | GenScript | M00097 | антикаппа цепное антитело для обнаружения CAR |
| Бычий сывороточный альбумин | Millipore Sigma | A7906 | |
| Карбенициллин динатриевая соль | Millipore Sigma | C1389-1G | Карбенициллин антибиотик |
| CD4 Выделение Бусины | Miltenyi Biotec | 130-045-101 | |
| CD8 Изолирующие бусины | Miltenyi Biotec | 130-045-201 | |
| CTS (Системы клеточной терапии) Dynabeads CD3/CD28 | Gibco | 40203D | |
| Cytoflex | Beckman Coulter | NC2279958 | |
| ДНКазная вода | Invitrogen | AM9937 | |
| модифицированная орлиная среда Дульбекко (DMEM) | Corning | 10-017-CV | |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Salt Buffered | Gibco | 14190-144 | |
| EasySep Набор для изоляции Т-клеток человека | STEMCELL Technologies | 17951RF | Набор для отрицательной изоляции |
| Endura Electrocompetent Cells | Biosearch Technologies | 60242-1 | Электрокомпетентные клетки с восстанавливающей средой |
| Этанол | Millipore Sigma | E7023 | |
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Corning | 35-010-CV | |
| GeCKO v2 CRISPR Knockout Pooled Library A | AddGene | 1000000048 | CRISPR Библиотека плазмид |
| Ген Pulser II | Bio-RAD | 165-2105 | Электропоратор |
| гликогена | Миллипор Сигма | 10901393001 | |
| JeKo-1 | ATCC | CRL-3006 | CD19+ клеток-мишеней |
| Lipofectamine 3000 Transfection Reagent | ThermoFisher Scientific | L3000075 | Набор реагентов для трансфекции с реагентом для трансфекции (Lipofectamine 3000 Reagent) и нейтральным со-липидным реагентом (p3000) |
| LIVE/DEAD Aqua | Invitrogen | L34966 | |
| Lymphoprep | STEMCELL Technologies | 7851 | Градиентная среда |
| плотности Machery-Nagel NucleoBond Xtra Maxi Kits | ThermoFisher Scientific | 12748412 | Maxi-prep kit |
| NEBNext High-Fidelity 2X PCR MasterMix | New England BioLabs | M0541S | High Fidelity PCR mastermix |
| Opti-MEM I Сниженная сыворотка среда | Gibco | 31985-070 | Восстановленная сыворотка |
| среда pCMVR8.74 | AddGene | 22036 | Лентивирусная упаковка плазмида |
| Пеннициллин-стрептомицин-глутамин (100X) | Life Technologies | 10378-016 | |
| pMD2.G | AddGene | 12259 | VSV-G оболочка, экспрессирующая плазмиду |
| Pooled Human AB Serum | Инновационные исследования | ISERABHI | |
| Puromycin | Millipore Sigma | P8833 | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | Gek Extraction |
| Kit Qucik-DNA Midiprep Plus Kit | Zymo Research | D4075 | Kit used for isolata gDNA |
| RoboSep-S | STEMCELL Technologies | 21000 | Автоматизированный сепаратор клеток |
| Roswell Park Memorial Institute 1640 Medium (RPMI) | Gibco | 21870092 | |
| SepMate-50 | STEMCELL Technologies | 85450 | Градиентная разделительная трубка |
| Ацетат натрия | Invitrogen | AM9740 | |
| Азид натрия | Fisher Scientific | 71448-16 | |
| Антитело к стрептавидину (PE) | BioLegend | 405203 | Вторичное антитело используется для обнаружения CAR |
| Термоамплификатор T100 | Bio-Rad | 1861096 | |
| ультрацентрифуга (Optima XPN-80) | BeckmanCoulter | A99839 | |
| Вакуумные фильтрующие системы, 0,22 &; m | ThermoFisher Scientific | 567-0020 | |
| Вакуумные фильтрующие системы, 0.45 & микро; m | ThermoFisher Scientific | 165-0045 | |
| X-VIVO 15 Бессывороточная гемопоэтическая клеточная среда | Lonza | 04-418Q | Гемопоэтическая клеточная среда |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение