Journal Club: Genome-wide CRISPR-Cas9 screening reveals ubiquitous T cell cancer targeting via the monomorphic MHC class I-related protein MR1
Imunosni sustav je sustav organa čija je uloga zaštita od patogena i njihovih štetnih tvari te zaštita od vlastitih promijenjenih stanica, kao što su tumorske. Imunost može biti nespecifična ili prirođena te specifična ili stečena, bilo prirodnim ili umjetnim putem. Različite vrste imunoterapije istaknule su se kao budućnost liječenja tumora, a posebnu pažnju znanstvenika privukle su upravo T-stanice ili T-limfociti odgovorni za stečenu imunost.
Ugrubo podijeljene u konvencionalne i nekonvencionalne, konvencionalne T-stanice sadrže αβ T-stanični receptor i koreceptore CD4 ili CD8 te se nalaze u perifernoj krvi, limfnim čvorovima i tkivima, a prepoznaju antigene vezane za MHC molekule (major histocompatibility complex). Nekonvencionalne T-stanice sadrže γδ T-stanični receptor, nalaze se u epitelu i gastrointestinalnom traktu te prepoznaju antigene koji nisu vezani za MHC, već druge proteine. Jedan takav protein je evolucijski konzerviran MR1 (MHC class 1-related protein), koji može vezati veliki broj metaboličkih intermedijera i prezentirati ih na površini stanice. MR1 ubikvitarno je eksprimiran u zdravim i tumorskim stanicama, ima vrlo limitirani broj polimorfizama i prirodnih izoformi te veže nepeptidne ligande koji čine esencijalne dijelove metabolizma mikroba i koji nisu podložni mutacijama. U ovom radu autori su otkrili dosad nepoznat T-stanični receptor koji prepoznaje nebakterijske antigene vezane za MR1, što u konačnici dovodi do uništavanja tumorskih stanica.
Istraživanjem tumora pluća, autori su otkrili i izolirali populaciju T-stanica koja je u prisutnosti tumora proliferirala i ubijala tumorske stanice. Klonovi tih T-stanica nazvani su MC.7.G5. Ove stanice bile su efektivne na nekoliko testiranih tumora, uključujući tumor pluća, debelog crijeva, dojke, prostate, kostiju i jajnika te na melanom i leukemiju. Unatoč velikoj sposobnosti ubijanja tumorskih stanica, MC.7.G5 stanice nisu oštećivale zdrave stanice. Blokiranje MHC molekula nije utjecalo na djelovanje ovih T-stanica, što navodi na zaključak da je njihovo djelovanje neovisno o MHC molekulama. Stoga su autori pomoću metode genome-wide CRISPR-Cas9 odlučili pronaći proteine koje MC.7.G5 stanice prepoznaju. Naime, utišavanjem velikog broja gena jednog po jednog CRISPR-Cas9 metodom i kokultivacijom stanica s utišanim genima s MC.7.G5 stanicama, moguće je pronaći one stanice s utišanim genima koje MC.7.G5 stanice ne mogu ubiti i na taj način otkriti gen i njegov produkt odgovoran za prepoznavanje od strane MC.7.G5 stanica. Na taj način otkriveno je šest gena, od kojih jedan kodira za MR1 protein, otprije poznat kao antigen-prezentirajuća molekula za MHC neovisne T-stanice.
Kako bi potvrdili da je MR1 ključan za prepoznavanje tumorskih stanica od strane MC.7.G5 stanica, autori su blokirali MR1 receptor protutijelima, što je dovelo do preživljavanja tumorskih stanica. S druge strane, overekspresija MR1 dovela je do snažnijeg prepoznavanja od strane MC.7.G5 stanica, a ponovno uvođenje MR1 gena u knock-out stanice također je povratilo prepoznavanje od strane MC.7.G5 stanica. Za većinu drugih T-stanica, nije važno što se veže za MR1 jer one prepoznaju sam receptor koji se ispolji na površinu stanice jednom kada veže svoj ligand. Međutim, kad je u MR1 uvedena mutacija koja dozvoljava sklapanje proteina i njegovu translokaciju na površinu bez vezanog liganda, MC.7.G5 stanice nisu vezale MR1. MC.7.G5 stanice nisu vezale MR1 ni kada su na njega bili vezani bakterijski antigeni niti su vezale MR1 na zdravim dendritičkim stanicama ili Langerhansovim stanicama. Ovi rezultati navode na zaključak da MC.7.G5 stanice ne prepoznaju MR1 receptor poznatim mehanizmima, već ligand vezan za MR1 koji je specifičan za tumorske stanice.
S obzirom na to da bi ovakav T-stanični receptor MC.7.G5 stanica bilo moguće koristiti u imunoterapiji, autori su istražili uništavaju li MC.7.G5 stanice druge zdrave, stresirane ili inficirane stanice. Od jedanaest istraženih zdravih vrsta stanica, MC.7.G5 stanice nisu uništavale ni jedne, uključujući aktivirane limfocite, stanice s aktiviranim putem staničnog stresa i bakterijama zaražene stanice. In vivo pokus na miševima s leukemijom pokazao je da su miševi kojima su bile inicirane MC.7.G5 stanice imali dramatično manje tumorskih stanica u odnosu na kontrolu, a njihovo djelovanje je opet bilo ovisno od MR1. Za kraj, autori su izolirali T-stanice pacijenta s melanomom u četvrtom stadiju i lentiviralno ih transducirali T-staničnim receptorom MC.7.G5 stanica što je rezultiralo ubijanjem stanica melanoma, ali ne i zdravih stanica.
Ovo istraživanje otkrilo je novu vrstu T-staničnog receptora koji prepoznaje metabolit specifičan za tumorske stanice i to samo kad je on u kompleksu s MR1 proteinom. T-limfociti s ovakvim receptorom ubijaju veliki broj različitih tumorskih stanica, dok uopće ne reagiraju na zdrave stanice, čime su se uspješno uvrstili na popis potencijalnih terapija zloćudnih bolesti budućnosti.
Rad je objavljen u časopisu Nature Immunology, a priopćenja i komentari istraživača dostupni su na mrežnim stranicama Sveučilišta u Cardiffu.
