I ricercatori della UC San Francisco e del Gladstone Institutes hanno usato una tecnica di editing genetico di nuova concezione per trovare mutazioni genetiche che rendono le cellule immunitarie umane resistenti all’infezione da HIV.
Il team ha utilizzato una nuova strategia che è una variante della tecnologia CRISPR / Cas9, che ha permesso di testare decine di diverse modifiche genetiche che hanno difeso le cellule immunitarie dall’HIV. Il nuovo sistema ha permesso ai ricercatori, che sperano di accelerare la ricerca per la cura dell’ HIV, di modificare rapidamente il codice genetico delle cellule immunitarie umane.
“Questa è una possibilità che i ricercatori hanno cercato di raggiungere da diverso tempo”, ha detto il ricercatore post-dottorato Judd F. Hultquist, uno degli autori della nuova ricerca che è stata pubblicata on-line il 25 ottobre 2016 in Cell Reports.
Lo studio è stato condotto dai laboratori dei co-autori di alto livello Nevan J. Krogan, Prof.di Farmacologia cellulare e molecolare alla UCSF, Direttore del Quantitative Biosciences Institute (QBI) e ricercatore senior presso gli istituti di Gladstone e da Alessandro Marson, Assistente Professore di microbiologia e immunologia alla School of Medicine della UCSF.
La ricerca è stata guidata da Hultquist del laboratorio di Krogan e da Kathrin Schumann, ricercatrice post-dottorato del laboratorio di Marson.
La tecnica di editing genetico offre una possibilità di cura dell’HIV
Nonostante i grandi progressi compiuti dal 1980 nel trattamento e controllo dell’ HIV con farmaci antiretrovirali, non vi è ancora alcuna cura per il virus e milioni di persone risultano contagiate ogni anno. Una volta che il virus si infiltra nel sistema immunitario di una persona, si può nascondere all’infinito all’interno proprio del DNA delle cellule ed è impossibile rilevarlo o distruggerlo con le attuali tecnologie. Come risultato, i pazienti devono continuare ad assumere i farmaci antiretrovirali per il resto della loro vita.
Tuttavia, non tutti sono sensibili al virus. Gli scienziati hanno preso ispirazione da un gruppo di individui le cui cellule immunitarie sembrano essere naturalmente resistenti all’infezione da HIV, con la speranza di modificare un giorno il sistema immunitario dei pazienti affetti da HIV imitando la biologia degli individui HIV-resistenti.
“Ci sono stati molti sforzi per sequenziare il genoma delle persone resistenti al virus le cui mutazioni le rendono immuni “, ha detto Hultquist. ” Ci sono diversi geni che potrebbero essere coinvolti nel controllo della capacità del virus di entrare nelle cellule del sistema immunitario. Fino ad ora, non c’era modo di verificare quali di queste mutazioni in realtà conferiscono resistenza alle cellule T umane”.
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Nuova piattaforma basata su CRISPR mira ad accelerare la ricerca di cure per l’HIV
Pur essendo i “combattenti” del sistema immunitario, le cellule T sono molto delicate e sono in grado di sopravvivere al di fuori del corpo solo per un paio di settimane. L’anno scorso, Marson e Schumann hanno utilizzato con successo il meccanismo CRISPR per eseguire precise sostituzioni di sequenze del DNA nelle cellule T umane, per la prima volta.
” La tecnica di editing del gene è incredibilmente veloce”, ha detto Schumann. “La modifica desiderata avviene rapidamente e poichè la cellula degrada il macchinario CRISPR, esso non può continuare a produrre cambiamenti e questo è veramente importante”.
Nella nuova sperimentazione, Schumann e Hultquist, hanno migliorato la tecnica mettendo a punto un sistema automatizzato che consente il monitoraggio parallelo di cellule T. Il nuovo approccio ha permesso ai ricercatori di mutare diversi geni candidati in centinaia di migliaia di cellule T di volontari sani, esporre queste cellule mutanti al virus HIV e trovare le mutazioni in grado di prevenire l’infezione.
Una caratteristica fondamentale di questo sistema è la sua velocità, poichè le cellule T possono sopravvivere al di fuori del corpo solo per due o tre settimane. “Se vogliamo iniziare a modificare le cellule T per reiniettarle nei pazientti come terapia”, ha detto Krogan, “Penso che questa tecnica sarà il gold standard per farlo in modo rapido, sicuro ed efficiente”.
I ricercatori hanno utilizzato la nuova tecnica per mutare i geni CXCR4 e CCR5 che codificano molecole recettori che diversi ceppi del virus dell’HIV usano per intrufolarsi e infettare le cellule immunitarie e che sono stati presi di mira in precedenti studi clinici per la terapia cellulare. L’inattivazione di uno di questi geni ha bloccato l’infezione da HIV nelle cellule T umane.
Ulteriori esperimenti hanno dimostrato la possibilità di creare un sistema di sicurezza a due strati per le cellule T, bloccando contemporaneamente un gene di cui il virus HIV ha bisogno per entrare nelle cellule e un gene di cui il virus ha bisogno per sopravvivere e riprodursi all’interno della cellula.
Per dimostrare l’efficienza e la potenza della nuova tecnologia di analisi-rapida, i ricercatori hanno anche prodotto 146 diverse modifiche utilizzando CRISPR, ciascuna progettata per disattivare uno dei 45 geni legati alla capacità dell’ HIV di integrarsi nelle cellule ospiti. Essi hanno identificato diversi geni la cui assenza ha conferito resistenza all’HIV, alcuni dei quali erano già stati scoperti da studi precedenti e altri che non erano mai stati direttamente collegati all’infezione da HIV.
I ricercatori hanno in programma di utilizzare la nuova piattaforma per identificare i punti deboli del ciclo di vita del virus HIV che potrebbero essere sfruttati sia per la terapia cellulare che per farmaci mirati. Inoltre vogliono poter utilizzare le mutazioni come quelle riscontrate nelle persone resistenti al virus per alterare la funzione delle cellule, ma senza disattivare completamente il gene.
Inoltre, la loro speranza più grande è che la strategia possa avere applicazioni molto più ampie dell’ HIV ed essere utilizzata nei laboratori di tutto il mondo per studiare diversi virus.
Ha detto Marson: “Ora abbiamo la possibilità di apportare modifiche nelle cellule immunitarie umane e vedere subito gli effetti che esse producono. Il potenziale di questa scoperta è immenso, questa è solo la punta di un iceberg”.
Marson ha depositato un brevetto sull’uso di Cas9 RNPs per modificare il genoma delle cellule T umane.
Fonte: Cell Reports
