CRISPR-genredigering var säker och måttligt effektiv för att införa stamceller som saknade CCR5-receptorn och var immun mot HIV-infektion efter kemoterapi utrotade immunsystemet hos en man med HIV och akut lymfocytisk leukemi, rapporterar kinesiska forskare i New England Journal of Medicine denna vecka.
CCR5-receptorn på humana celler används av HIV för att få tillträde till cellen., När CCR5-receptorn inte finns på cellytan kan HIV inte komma in i cellen om det inte har utvecklats för att använda en annan receptor, CCR4. De flesta virus är inte anpassade för att använda CCR4. En genetisk mutation som kallas CCR5-delta 32 förhindrar HIV-infektion helt om en person ärver mutationen från båda föräldrarna. Omkring 1% av befolkningen i nordeuropeisk härkomst är CCR5-delta 32 homozygot, vilket innebär att de har ärvt mutationen från båda föräldrarna.,
det kinesiska experimentet utformades för att testa om det var möjligt att genetiskt konstruera en ekvivalent med utrotningen av HIV i Timothy Ray Brown. Den så kallade ”Berlinpatienten” verkar ha botats av HIV efter en stamcellstransplantation från en givare som saknar CCR5-receptorn repopulerade immunsystemet efter kemoterapi för att behandla akut myeloisk leukemi.
ordlista
CCR5
ett protein på ytan av vissa immunsystemceller, inklusive CD4-celler., CCR5 kan fungera som en co-receptor (ett andra receptorbindningsställe) för HIV när viruset kommer in i en värdcell. En CCR5-hämmare är ett antiretroviralt läkemedel som blockerar CCR5-Co-receptorn och förhindrar HIV från att komma in i cellen.
stamceller
celler från vilka alla blodkroppar härrör. Benmärg är rik på stamceller.
gen
en enhet av ärftlighet, som bestämmer en specifik egenskap hos formen av en levande organism., Detta genetiska element är en sekvens av DNA (eller RNA, för virus), som ligger på en mycket specifik plats (locus) av en kromosom.
receptor
i cellbiologi, en struktur på ytan av en cell (eller inuti en cell) som selektivt tar emot och binder till ett specifikt ämne. Det finns många receptorer. CD4 T-celler kallas så eftersom de har ett protein som kallas CD4 på deras yta. Innan (infektera) en CD4 T-cell (som kommer att bli en ”värd” cell), binder HIV till CD4-receptorn och dess coreceptor.,
deoxiribonukleinsyra (DNA)
materialet i kärnan i en cell där genetisk information lagras.
CRISPR står för Clustered regelbundet interspaced korta Palindromic Repeats och CRISPR-associated protein 9. Det är en genredigeringsteknik genom vilken forskare kan utforma en bit av RNA för att fästa på en specifik plats i en DNA-kedja. RNA är förpackad med ett bakteriellt enzym, Cas9, som skär DNA. Cellens egen genetiska reparations maskin infogar sedan en anpassad sekvens av DNA.,
När det gäller CRISPR-genredigering för CCR5-radering introducerar tekniken en DNA-sekvens som innehåller koden för att skapa nya stamceller eller stamceller som saknar CCR5-receptorn. Dessa blodstam-och stamceller kommer att differentiera till ett brett spektrum av blodkroppar som inkluderar CD4 + och CD8+ lymfocyter. Alla avkomma av dessa stamceller kommer att sakna CCR5-receptorn.
inga resultat från studier av CRISPR-baserade terapier för någon sjukdom har publicerats ännu, så de kinesiska resultaten är bland de första som rapporterar om teknikens säkerhet., Kinesiska forskare ligger i framkant av CRISPR – baserad terapeutisk forskning inom cancer.
en kinesisk forskare hävdade tidigare i år att ha använt CRIPSR till genetiskt ingenjör immunitet mot HIV-infektion genom embryonal genomredigering, så att tvillingflickor föddes CCR5-homozygot. Detta experiment fördömdes starkt som oetiskt av andra forskare och mänsklig embryogenomredigering är förbjuden i många länder utom laboratorieforskning.,
Professor Hongkui Deng på Peking University Stem Cell Research Center och kollegor vid stora forskningsinstitut i Peking rapporteras om fallet i New England Journal of Medicine. Han var inte associerad med CRISPR-redigeringsexperimenten på mänskliga embryon.
Detta experiment testade säkerhet och genomförbarhet av transplantation av CRISPR-Cas9-modifierade stamceller till en person som lever med HIV under behandling för akut lymfatisk leukemi. Den studerade personen var en 27-årig man som diagnostiserades med HIV två veckor före en diagnos av akut lymfocytisk leukemi 2016., Vid diagnos hade han ett CD4-celltal på 528 celler/mm3 och en virusbelastning på 850.000 kopior/ml (en virusbelastning som tyder på primär infektion, en fråga som inte togs upp av studieförfattarna). Han började omedelbart antiretroviral behandling och uppnådde en odetekterbar virusmängd ett år senare. Han fick sex kurser av kemoterapi och uppnådde fullständig remission av leukemi. I juni 2017 genomgick han en stamcellstransplantation från en givare som hade unmuterat CCR5-genen. Stamcellstransplantationen är ett rutinförfarande efter kemoterapi för akut lymfocytisk leukemi.,
före transplantation skördades CD34+ – celler och utsattes för CRISPR-redigering för att infoga CCR5-genmutationen.
av de skördade cellerna genredigerades 17%. Efter engraftment omfattade CCR5-raderade celler aldrig mer än 5-8% av karyocyterna i benmärgen (prekursorer för vita blodkroppar). Celler härstammar från de graverade cellerna visade liknande andel av CCR5-raderade celler, vilket visar att den redigerade genen kvarstår när cellerna differentierar till nya typer av blodkroppar., En lägre andel av CCR5-raderade celler hittades emellertid i CD4 + och CD8+ T-celler, kanske på grund av persistensen av donator-T-celler som inte ändrades. De CCR5-raderade cellerna kvarstod i minst 19 månader efter transplantationen.
patienten drabbades av vanliga biverkningar av en stamcellstransplantation inklusive anemi, neutropeni och trombocytopeni, men inga negativa effekter av CCR5-deletion upptäcktes. Inga genredigeringar bort från målplatsen i genomet detekterades i celler som provtagits från benmärgen fyra månader, 12 månader och 19 månader efter transplantation.,
i en medföljande redaktionell Professor Carl juni vid University of Pennsylvania Center for Cellular Immunotherapies varnar för att den låga frekvensen av CCR5-raderade celler och det därav följande lilla provet i en enda patient innebär att sällsynta genetiska förändringar kan missas.
sju månader efter transplantationen genomfördes ett analytiskt behandlingsuppehåll för att avgöra om de CCR5-raderade cellerna hade någon inverkan på virusbelastningen. Patienten lämnade skriftligt informerat samtycke för behandlingsavbrottet., Vid denna tid hade hans CD4-tal normaliserats till över 500 celler/mm3, efter att ha minskat till cirka 200 celler / mm3 150 dagar efter transplantation, och han hade en odetekterbar virusmängd.
behandlingsuppehållet varade i fyra veckor, under vilken tid patientens virusmängd ökade till 3 miljoner kopior/ml och hans CD4-cellantal minskade till 250 celler / mm3. Studieprotokollet krävde att behandlingen återupptogs om virusbelastningen översteg 100 000 kopior / ml eller CD4 – celltalet föll under 250 celler / mm3. Virusbelastningen blev omöjlig att upptäcka igen efter att behandlingen återupptogs.,
nivåerna av totalt och integrerat HIV-1-DNA i CD4-celler ökade efter behandlingsavbrott med cirka 2 log, vilket indikerar en snabb expansion av HIV-reservoaren, och låg fortfarande över nivån före avbrott ett år senare.
under behandlingsavbrottet ökade andelen CCR5-raderade CD4+ T-celler från 2,96% till 4,39%.
”för Att ytterligare förtydliga den anti-HIV effekt av CCR5-ablated HSPCs, kommer det att vara nödvändigt att öka gen-redigering effektiviteten i våra CRISPR-Cas9 system och förbättra transplantation protokoll”, menar forskarna., Ändring av fler celler i ett donatorprov och engraftment av en högre andel av de förändrade cellerna kan leda till en större population av CCR5-raderade celler i mottagaren. Så kan teknik av pluripotenta stamceller, som är föregångare till blod stamceller.
forskarna påpekar att CRISPR-Cas9-redigering av blodstamceller kan övervinna en potentiell nackdel med CCR5 delta-32-mutationen-minskad livslängd, som identifierats i en nyligen publicerad studie – genom att endast redigera blodkroppar., Mekanismen med vilken CCR5 kan påverka livslängden är fortfarande oklart, även om vissa forskare hävdar att mutationen kan öka sårbarheten för vissa virusinfektioner som influensa.