- 初代ヒトT細胞におけるトランスクリプトーム制御と代謝工学のための多目的CRISPR-Cas13dプラットフォーム
[注] MEGA (Multiplexed Effector Guide Arrays) - CRISPR : DNAを標的とするCas9ではなく, RNAを標的とするCas13dを利用して複数遺伝子の同時編集を実現したプラットフォーム

2024-02-25 Nature 誌News記事のタイトルに準じて、本ブログ記事のタイトルを差し替え、従来のタイトルを副題へ移行した:
[出典] NEWS "MEGA-CRISPR tool gives a power boost to cancer-fighting cells - A system that edits RNA rather than DNA can give new life to exhausted CAR T cells" Reardon S. Nature 2024-02-21. https://doi.org/10.1038/d41586-024-00511-z

2024-02-24 Cell 誌論文に準拠した初稿
[出典] "A versatile CRISPR-Cas13d platform for multiplexed transcriptomic regulation and metabolic engineering in primary human T cells" Tieu V [..] Mackall CL, Qi LS. Cell 2024-02-21. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.01.035 [所属] Stanford U, Stanford U School of Medicine, Chan Zuckerberg Biohub;グラフィカルアブストラクト

 MEGAは、初代ヒトT細胞のトランスクリプトームに対して、安全かつ効果的に最大10個の遺伝子に摂動を加えられるプログラム可能なプラットフォームである。MEGAの多遺伝子破壊能力を利用することで、CAR T細胞の抗腫瘍活性を広範囲に増強し、また、T細胞の疲弊を促進する好気性解糖の役割を明らかにすることに成功した。

[詳細]

 CRISPR技術はT細胞療法に革命をもたらし始めたが、従来のCRISPR-Cas9ゲノム編集ツールは、安全性、有効性、適用範囲に限界があった。この限界と突破することを目的として、CRISPRi/a, LiveFISH, CRISPR-GO, CasMINI, hyprCas12aおよびCRISPR抗ウイルス剤など、一連のツールを開発してきたLei Stanley QiらにCrystal L. Mackallらが加わった研究チームが今回、CRISPR-Cas9に替えて、RNAにガイドされ、RNAを標的とするCRISPR-RfxCas13dをベースとして、T細胞のトランスクリプトームをプログラム可能、スケーラブル、定量的、可逆的に制御することが可能プラットフォーム'MEGA'を開発した。

 MEGA-CRISPRは、ゲノムDNAを標的としたり切断したりすることなく、初代ヒトT細胞において、定量的、可逆的、かつ大量に多重化された遺伝子ノックダウンを可能にする
  • CAR T細胞は、慢性感染症や長期間腫瘍によって繰り返し活性化されると、疲弊する。研究チームは、MEGA-CRISPRをCAR T細胞の疲弊モデル (機能不全に陥った高親和性GD2標的(HA-28ζ) CAR T細胞)に適用し、PD-L1のような抑制性受容体のアップレギュレーションをロバストに抑制した。
  • コンビナトリアルCRISPRスクリーニングにより慢性刺激の設定においてT細胞機能を相乗的に制御しCAR T細胞の疲弊に関連すると推定される遺伝子のペアを同定した。
  • FDA承認薬である抗生物質トリメトプリム (trimethoprim) により活性化されるCas13dも開発し、受容体に依存せず、薬理的に標的遺伝子のmRNAのレベルを調節可能なことを示した。
  • 癌細胞のコア代謝経路を破壊するためにMEGAによる多遺伝子ノックダウンを介して、T細胞の機能不全を制御する好気性解糖の役割を明らかにした。この知見に基づいて、免疫調節代謝経路を標的とするMEGAにより、in vitroおよびin vivoにおけるCAR T細胞のフィットネスと抗腫瘍活性を向上させることに成功した。
 MEGA-CRISPRは、複数の遺伝子のmRNAレベルをそれぞれ調節し、組み合わせる
ことによって、定量的な遺伝子間相互作用を介して多数の遺伝子が協働して細胞機能を遂行する全体像を解明するツールとして有用である。


[参考] Resultsセクションの構成
  • Development of Cas13d for optimal expression and activity in primary human T cells
  • MEGA CAR T cells robustly suppress upregulation of exhaustion markers driven by tonic signaling
  • MEGA does not exhibit collateral activity in primary human T cells
  • MEGA facilitates combinatorial CRISPR screening to identify paired regulators of CAR T cell proliferation
  • Paired transcriptomic perturbations enhance the anti-tumor activity of dysfunctional CAR T cells
  • MEGA enables rapid, tunable, and reversible perturbation of the T cell transcriptome
  • Dynamic regulation of proximal signaling modulates MEGA CAR T cell activity
  • MEGA enables massively multiplexed gene knockdown in primary human T cells
  • Whole-pathway disruption of purine metabolism enhances CAR T cell effector function
  • Multi-gene targeting of aerobic glycolysis improves CAR T cell fitness and limits exhaustion in tonically signaling CAR T cells
  • MEGA outperforms conventional Cas9 gene editing for metabolic engineering in primary human T cells
  • Downregulation of glycolytic activity in dysfunctional CAR T cells limits terminal differentiation to potentiate tumor clearance in vitro and in vivo