Le criblage à haut débit CRISPR identifie un régulateur principal qui pourrait améliorer la thérapie par cellules T du cancer

Des chercheurs de l’Université Duke ont adapté les technologies CRISPR pour permettre un criblage à haut débit de la fonction des gènes dans les cellules immunitaires humaines et ont découvert qu’un seul régulateur principal du génome peut être utilisé pour reprogrammer un réseau de milliers de gènes dans les cellules T et améliorer considérablement le cancer. destruction de cellules.

Le gène du facteur de transcription régulateur principal (TF) s’appelle BATF3 et est l’un des nombreux gènes que les chercheurs ont identifiés et testés pour améliorer les thérapies par cellules T. Ces cibles, ainsi que les méthodes développées pour les identifier, les tester et les manipuler, pourraient rendre plus puissantes toutes les thérapies anticancéreuses à cellules T actuellement utilisées et en cours de développement. Combinée à d’autres avancées, la plateforme pourrait également permettre des versions généralisées et prêtes à l’emploi de la thérapie et une expansion dans d’autres domaines pathologiques tels que les maladies auto-immunes.

“Un obstacle connu à l’utilisation des cellules T pour combattre le cancer est qu’elles ont tendance à se ‘fatiguer’ avec le temps et à perdre leur capacité à tuer les cellules cancéreuses”, a déclaré Sean McCutcheon, co-auteur principal de l’article publié par l’équipe dans Génétique naturelle. “Nous identifions des manipulations qui rendent les cellules T plus fortes et plus résilientes en imitant les états cellulaires naturels qui fonctionnent bien dans les produits cliniques.”

McCutcheon, avec le directeur de recherche Charles Gersbach, PhD, l’éminent professeur John W. Strohbehn de génie biomédical à Duke, et ses collègues, ont rendu compte de leurs découvertes dans un article intitulé : «Régulateurs transcriptionnels et épigénétiques de la fonction des lymphocytes T CD8+ humains identifiés grâce à des écrans CRISPR orthogonaux.»

La thérapie par cellules T est une approche vieille de dix ans pour traiter le cancer. Des approches plus récentes impliquent la reprogrammation des cellules du système immunitaire pour rechercher et détruire les cellules cancéreuses qu’elles pourraient autrement négliger. De nombreuses entreprises s’efforcent d’améliorer la technologie, principalement grâce à l’utilisation de techniques de génie génétique qui indiquent aux cellules T comment identifier les cellules cancéreuses et les rendent plus efficaces pour les détruire. “La thérapie adoptive par cellules T (ACT) présente un énorme potentiel pour le traitement du cancer en redirigeant les cellules T vers les cellules cancéreuses via l’expression de récepteurs modifiés qui reconnaissent et se lient aux antigènes associés aux tumeurs”, ont noté les auteurs.

Il existe actuellement six thérapies à base de lymphocytes T approuvées par la FDA pour des leucémies, des lymphomes et des myélomes multiples spécifiques. Cependant, ces approches et traitements ne donnent actuellement pas de bons résultats lorsqu’ils sont appliqués aux tumeurs solides, bien que certaines études laissent entrevoir des signes de succès. Les tumeurs solides présentent souvent d’importantes barrières physiques que les lymphocytes T doivent surmonter, et le nombre et la densité de cellules cancéreuses présentant des cibles peuvent conduire à l’épuisement des lymphocytes T, par lequel les cellules ne sont plus capables de développer une réponse antitumorale.

“Dans certains cas, la thérapie par cellules T fonctionne comme un médicament miracle, mais dans la plupart des autres, elle ne fonctionne pratiquement pas du tout”, a déclaré Gersbach. « Nous recherchons des solutions génériques qui peuvent améliorer ces cellules à tous les niveaux en reprogrammant leur logiciel de régulation génétique, plutôt que de réécrire ou d’endommager leur matériel génétique. »

Gersbach et son laboratoire ont passé ces dernières années à développer une méthode qui utilise une version de la technologie d’édition de gènes CRISPR-Cas9 pour explorer et moduler les gènes sans les couper. Au lieu de cela, il modifie les structures qui emballent et stockent l’ADN, affectant le niveau d’activité des gènes qui l’accompagnent.

McCutcheon, un doctorant travaillant dans le laboratoire de Gersbach, s’est concentré sur les régions de ce « génome sombre » qui changent à mesure que les lymphocytes T passent d’un état à l’autre, comme fonctionnel ou épuisé. “Ici, nous avons développé des approches de criblage CRISPR épigénétiques regroupées pour profiler systématiquement les effets de l’activation ou de la répression de 120 régulateurs transcriptionnels et épigénétiques sur l’état des lymphocytes T CD8+ humains”, ont commenté les enquêteurs. Grâce à leur criblage, les chercheurs ont identifié 120 gènes codant pour des « régulateurs principaux », responsables des niveaux d’activité de nombreux autres gènes. À l’aide de la plateforme CRISPR, les chercheurs ont augmenté et diminué les niveaux d’activité de ces cibles pour voir comment elles affectaient d’autres marqueurs connus de la fonction des lymphocytes T.

Bien que plusieurs gènes candidats prometteurs aient émergé, l’un des plus prometteurs était un gène appelé BATF3. Lorsque McCutcheon a ensuite administré BATF3 directement aux cellules T, des milliers de modifications ont été apportées à la structure d’emballage de l’ADN des cellules T, ce qui a été corrélé à une puissance et une résistance accrues à l’épuisement. “Nous avons constaté que la surexpression de BATF3 favorisait des caractéristiques spécifiques des cellules T mémoire et atténuait les programmes génétiques associés à la cytotoxicité, à la fonction régulatrice des cellules T et à l’épuisement”, ont-ils écrit. « Lors d’une stimulation chronique de l’antigène, la surexpression de BATF3 a contrecarré les signatures phénotypiques et épigénétiques de l’épuisement des lymphocytes T. »

Les chercheurs ont soumis BATF3 à une batterie de tests. Les résultats les plus intéressants sont survenus lorsqu’ils ont surexprimé BATF3 dans des cellules T programmées pour attaquer les tumeurs du cancer du sein humain dans un modèle murin. Alors que la thérapie par cellules T standard avait du mal à ralentir la croissance tumorale, la même dose exacte de cellules T conçues avec BATF3 a complètement éradiqué les tumeurs. “BATF3 a amélioré la puissance des cellules CAR T dans les modèles de tumeurs in vitro et in vivo et a programmé un profil transcriptionnel en corrélation avec une réponse clinique positive à la thérapie adoptive par cellules T”, ont-ils commenté.

Bien que les résultats de BATF3 soient prometteurs, l’équipe est encore plus enthousiasmée par le succès général de la méthodologie permettant d’identifier et de moduler les régulateurs principaux afin d’améliorer les performances thérapeutiques, qu’elle développe depuis près d’une décennie.

Les chercheurs peuvent désormais facilement dresser le profil des régulateurs principaux de l’aptitude des lymphocytes T en utilisant n’importe quelle source de lymphocytes T ou modèle de cancer et dans diverses conditions expérimentales qui imitent le contexte clinique. “Cette démonstration est une étape cruciale pour surmonter un obstacle majeur à l’efficacité de la thérapie par cellules T chez un plus grand nombre de patients et un plus grand nombre de types de cancer”, a noté Gersbach.

Pour la dernière partie de l’étude rapportée, McCutcheon a criblé les cellules T, avec ou sans BATF3, tout en utilisant CRISPR pour éliminer tous les autres régulateurs principaux de l’expression des gènes, soit plus de 1 600 régulateurs au total. « … nous avons effectué des tests knock-out CRISPR qui ont défini les cofacteurs et les médiateurs en aval du réseau de gènes BATF3 », ont déclaré les auteurs. Cela a conduit à la découverte d’un tout nouvel ensemble de facteurs qui pourraient être ciblés seuls ou en combinaison avec BATF3 pour augmenter la puissance de la thérapie par lymphocytes T. « Dans l’ensemble, ce travail élargit la boîte à outils des éditeurs d’épigénome et notre compréhension des régulateurs de l’état et de la fonction des lymphocytes T CD8+. Ce catalogue de gènes pourrait servir de base à la conception de la prochaine génération d’immunothérapies anticancéreuses », ont-ils noté.

“Cette étude s’est concentrée en profondeur sur une cible particulière identifiée par ces écrans CRISPR, mais maintenant que Sean et l’équipe ont tout le moteur de découverte opérationnel, nous pouvons le faire encore et encore pour différents modèles et types de tumeurs”, a déclaré Gersbach. . « Cette étude suggère de nombreuses stratégies pour appliquer cette approche afin d’améliorer la thérapie par les lymphocytes T, depuis l’utilisation des propres lymphocytes T d’un patient jusqu’à la constitution d’une banque de lymphocytes T généralisés pour une grande variété de cancers. Nous espérons que ces technologies pourront être généralement applicables à toutes les stratégies.