Un rendu artistique de lymphocytes T améliorés par CRISPR attaquant une tumeur. La recherche a montré que le système d’édition de gènes CRISPR peut moduler le comportement des lymphocytes T pour en faire de meilleurs tueurs de cancer sans réellement modifier aucun de leurs gènes. Crédit : Ella Maru Studio
Une plateforme basée sur CRISPR a découvert de nombreux gènes susceptibles d’améliorer les thérapies à base de lymphocytes T pour le traitement du cancer.
Les chercheurs de l’Université Duke ont avancé les technologies CRISPR pour l’analyse à grande échelle des fonctions des gènes dans les cellules immunitaires humaines. Ils ont découvert qu’un seul régulateur clé du génome peut reprogrammer un vaste réseau de gènes dans les cellules T, augmentant ainsi considérablement leur capacité à tuer les cellules cancéreuses.
Le régulateur principal s’appelle BATF3 et est l’un des nombreux gènes que les chercheurs ont identifiés et testés pour améliorer les thérapies à base de lymphocytes 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.
Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Génétique naturelle.
Défis de la thérapie par cellules T et nouvelles méthodologies
La thérapie par cellules T est une approche vieille de dix ans pour traiter le cancer. Des versions plus récentes impliquent la reprogrammation des principaux soldats du système immunitaire pour rechercher et détruire les cellules cancéreuses qu’ils 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.
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, leurs approches ne donnent actuellement pas de bons résultats lorsqu’elles sont appliquées aux tumeurs solides, même si 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 des cellules cancéreuses présentant des cibles peuvent conduire à un « épuisement des lymphocytes T », épuisant les attaquants au point qu’ils ne sont plus en mesure de monter une attaque. 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 Charles Gersbach, professeur émérite John W. Strohbehn de génie biomédical à Duke. « 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. 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.
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 apporte des modifications aux structures qui emballent et stockent le ADNaffectant le niveau d’activité des gènes qui l’accompagnent.
Le rôle de BATF3 dans l’amélioration de la fonction des cellules T
Sean McCutcheon, titulaire d’un doctorat. candidat travaillant dans le laboratoire de Gersbach et auteur principal de l’étude, 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. Il a identifié 120 gènes codant pour des « régulateurs principaux », responsables des niveaux d’activité de nombreux autres gènes. À l’aide de la plateforme CRISPR, il a 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 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.
« 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 McCutcheon. « 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. »
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.
Implications générales et recherches futures
Bien que les résultats obtenus avec BATF3 soient passionnants pour Gersbach, McCutcheon et le reste du groupe, ils sont encore plus enthousiasmés par le succès général de la méthodologie permettant d’identifier et de moduler les régulateurs maîtres pour améliorer les performances thérapeutiques, qu’ils ont développée pour le mieux. une partie d’une décennie. Ils peuvent désormais facilement profiler les principaux régulateurs 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.
Par exemple, dans la dernière partie de cette étude, 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. 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.
« 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 », Gersbach dit. « 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.
Cette recherche a été soutenue par le Instituts nationaux de la santé (U01AI146356, UM1HG012053, UM1HG009428, RM1HG011123), la National Science Foundation (EFMA-1830957), Paul G. Allen Frontiers, l’Open Philanthropy Project et le Duke-Coulter Translational Partnership.
