$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
İmmünoterapi, bağışıklık sistemini kullanmak ve modüle etmek için yeni stratejiler sunarak kanser tedavisinde devrim niteliğinde bir yol açtı. Bunlar arasında, kimerik antijen reseptörü (CAR) T hücre tedavisi, en dönüştürücü yaklaşımlardan biri olarak ortaya çıkmıştır. Bu tedavi, hastanın T hücrelerinin belirli bir tümör antijenini tanıyacak sentetik bir reseptör ile gen mühendisliğini içerir ve böylece antitümöraktivitesini artırır. CAR T hücreleri, hematolojik kanserlerde dikkat çekici başarılar göstermiştir; CD19 veya BCMA hedefli tedaviler alan hastalarda kısa ömürlü remisyonlardan uzun süreli hastalıksız hayatta kalmaya ve minimal toksisiteye kadar çeşitli sonuçlargöstermiştir 2. Bugüne kadar FDA, hematolojik kanserler için yedi CAR T hücresi ürünüonaylamıştır 3. Bu gelişmelere rağmen, önemli sınırlamalar hâlâ devam etmektedir. Zorluklar, genellikle hastanın T hücrelerinin üretim süreci veya uygunluğu tarafından etkilenen CAR T hücre ürününden kaynaklanır; bu hücreler hastalık ilerlemesi, önceki tedaviler veya yaş nedeniyle bozulabilir. Antijen aşağı regülasyonu gibi tümör-içsel direnç mekanizmaları da etkinliğizayıflatabilir 4. Ayrıca, immünosupresif tümör mikroçevresi, özellikle katı tümörlü hastalarda CAR T hücresinin kalıcılığını ve işlevini ciddi şekilde sınırlayan ekbir engel oluşturur 5. Bu nedenle, CAR T hücre tedavilerinin hem başlangıç hem de uzun vadeli etkinliğinin artırılması acil bir ihtiyaç vardır.
CRISPR-Cas9 gen düzenlemesinin ortaya çıkışı, gen fonksiyonunu büyük ölçekli tarama yaklaşımlarıyla disseksiye etmek için güçlü araçlar sağlamıştır. Bu testlerde, hücreler genellikle lentiviral vektörler tarafından sağlanan tek kılavuzlu RNA (sgRNA) kütüphanesiyle transdüksiyon edilir; böylece her hücre için bir sgRNA ve stabil genomik entegrasyon sağlanır. Cas9 aracılı düzenleme ve transdüksiyon edilen hücrelerin seçilmesinin ardından, genomik DNA (gDNA) çıkarılır ve sgRNA kasetleri kütüphane hazırlığı için PCR ile amplifikasyon edilir. Yüksek verimli dizileme işlemi farklı fenotipler arasında sgRNA dağılımlarının nicelendirilmesini sağlar ve böylece incelenen süreci olumlu veya olumsuz düzenleyen genleritespit eder 6.
CRISPR taraması, T hücre biyolojisini araştırmak ve son zamanlarda CAR T hücre performansını artırmak için yaygın olarak uygulanmıştır. Genom çapındaki taramalar, aktivasyon, proliferasyon ve farklılaşma gibi temel T hücresi süreçlerinin düzenleyicilerini tespit etmiştir. Örneğin, FAM49B, T hücresi reseptörsinyal 7'nin düzenleyicisi olarak tanımlanmışken, SOCS1, TCEB2, RASA2 ve CBLBuyarım 8 sonrası proliferasyon için gerekli olduğu gösterilmiştir. Bu temel yolların ötesinde, CRISPR taraması T hücresi hafızası ve tükenmezliğinde rol alan genleri de açıklamıştır. In vivo çalışmalar, Fli1'i, hafıza veya yorgunluk öncüllerini bozmadan efektör yanıtlarınıartırma adayı olarak tanımlamış 9 ve kromatin remodelörü Arid1a'yı T hücresi tükenimini azaltan bir düzenleyici olaraktanımlamıştır 10. T yardımcı tip 2 (Th2) diferensiyonunun düzenleyicileri de buyaklaşımla tanımlanmıştır 11. 25 kinazı hedefleyen özel bir sgRNA kütüphanesi kullanarak, p38'in genleşmeyi, hafıza oluşumunu ve oksidatif ile genomik stresten korumayı teşvikettiği bulundu 12. Benzer şekilde, CD8+ T hücrelerinde REGNASE-1 etkisi uzun ömürlü bir efektör fenotipi sağladı ve melanoma ve lösemi modellerinde tümör kontrolünüiyileştirdi 13. Genom genelinde ek taramalar, Dhx37'nin T hücresi aktivasyonunun ve sitotoksisite14'ün düzenleyicisi olduğunu belirlerken, LTBR ve diğer genler CAR T ve γδ T hücrelerinde T hücresi fonksiyonunu güçlendiricilerolarak doğrulandı 15. Daha yakın zamanda, CRISPR taraması doğrudan CAR T hücrelerine uygulanmış ve CAR T antitümöraktivitesini 16 artıran prolin metabolizmasında rol alan PRODH2 enzimi ve glioblastoma modellerinde CAR T etkinliğini artıran TLE4 ve IKZF2 gibi yeni hedefler ortayaçıkmıştır.
CRISPR ekranlarında kritik bir adım, sgRNA kasetlerinin aşırı büyük miktarda gDNA'dan seçici olarak amplifikasyonudur; bu zorluk, CRISPR taramalarında kullanılan çok sayıda hücre nedeniyle aşılması zor bir durumdur. Bu kadar büyük miktarda DNA taşınmasından PCR amplifikasyonu, DNA ve polimeraz moleküllerinin fiziksel difüzyonunu sınırlayan moleküler kalabalıklaşma, primerler ve polimerazın DNA arka planına geçici özgün olmayan bağlanması, hedef dışı amplifikasyon (primer tükenmesi) veya DNA fosfat omurgasında Mg2+ sekestrasyonu gibi çeşitli teknik zorluklarda yer alır 18, 19,20,21. Bu durum genellikle PCR arızası ve/veya önyargıya yol açar. Bu sorunları azaltmak için, sgRNA amplifikasyonunu adaptör eklemeden iki PCRadımına ayırmak, biyotinile oligolar ve manyetik boncuk yakalama23,24 ile hedef zenginleştirme veya parça zenginleştirme için sgRNA kasetinin yanında krestriksiyon bölgeleriyle plazmidler tasarlamak gibi farklı stratejilerönerilmiştir 25.
Bu çalışmada, birincil insan CAR T hücreleri için optimize edilmiş bir CRISPR-Cas9 knockout tarama protokolü sunuyoruz. Kullanılan CRISPR kütüphanesi Brunello Kinome 1'dir; bu kütüphane, 763 insan kinaz genini (hedef başına 4 sgRNA) hedefleyen 3052 benzersiz 20nt uzunluğunda sgRNA içerir. T hücreleri, sağlıklı bağışçılardan alınan periferik kan mononükleer hücreleri (PBMC) ile zenginleştirilmiş fraksiyondan CD4+ ve CD8+ manyetik pozitif seçilerek izole edildi. Anti-CD3 ve anti-CD28 ile aktive edildikten sonra, T hücreleri CRISPR tarama kütüphanesi ile spreenfekte edildi ve ardından CAR lentivirüsü ile transdüksiyona geçirildi. Hücreler genişletilip ardından Cas9 proteini tanıtılmak için nükleofekt edildi. CRISPR içeren hücreler puromisin ile seçildi ve CAR-pozitif T hücreleri sıralandı. Ekstraksiyondan sonra, genomik DNA kısıtlama enzimleri (RE) ile sindirildi ve sgRNA içeren parçalar biotin prob-streptavidin yakalamasıyla aşağı çekildi. Sonrasında, sgRNA seçici olarak amplifikasyon edilip ardışık iki PCR ile indekslendi ve ortaya çıkan kütüphaneler sıralandı. GDNA taşınmasını azaltmak için ara bir adım ekleyerek ilgilendiğimiz sgRNA'yı seçici olarak geri aldık ve amplifikasyon yaptık; bu da kinazların CAR T hücrelerindeki rolünü incelememize olanak tanıdı.