CRISPR/Cas9-modifizierte menschliche T-Zellen (PD-1- und ACE2-Knockout-T-Zellen) zur Induktion einer langfristigen Immunität bei COVID-19-Patienten

Die Erschöpfung der T-Zellen kann die langfristige Immunität von COVID-19-Patienten einschränken. T-Zellen können ihre Fähigkeit zur Bekämpfung von Viren und Tumoren verlieren, wenn sie diesen Feinden über einen längeren Zeitraum ausgesetzt sind. Neue Daten deuten darauf hin, dass Menschen mit leichten COVID-19-Symptomen die molekularen Anzeichen erschöpfter Gedächtnis-T-Zellen aufweisen und daher möglicherweise eine verminderte Fähigkeit haben, eine erneute Infektion zu bekämpfen. Im Gegensatz dazu sind Menschen, die schwere COVID-19-Symptome entwickeln, möglicherweise besser vor einer erneuten Infektion geschützt. Eine aktuelle Studie ergab, dass 82,1 % der COVID-19-Fälle niedrige zirkulierende Lymphozytenzahlen aufwiesen. Es wurde berichtet, dass bei chronischen Viren die kontinuierliche PD-1-Expression zur Erschöpfung der T-Zellen führt und die Fähigkeit zur Abtötung der infektiösen Zellen beeinträchtigt. Die Anzeichen von Patienten mit COVID-19 zeichnen sich durch einen verringerten Lymphozytenanteil mit einem ähnlichen Anteil an CD4+- und CD8+-T-Zellen aus. Die Menge an T-Zellen, hauptsächlich CD8+ T-Zellen, die hohe Expressionsraten des späten Aktivitätsmarkers CD25 und des Erschöpfungsmarkers PD-1 aufweisen, nimmt zu. Daher ist SARS-CoV-2 in der Lage, Veränderungen herbeizuführen, indem es das erworbene Immunsystem, einschließlich B- und T-Zellen, verändert. Experimenten zufolge wurde festgestellt, dass die Expression von PD-1 als wichtiger Faktor bei der Induktion und Aufrechterhaltung der Umfangstoleranz und Aufrechterhaltung der Stabilität von T-Zellen in verschiedenen Zellen von COVID-19-Patienten einen höheren Prozentsatz aufweist. In einem von Diao et al. durchgeführten Experiment an Patienten mit SARS-CoV-2 wurde beobachtet, dass die Expression von PD-1 auf der Oberfläche von T-Zellen deutlich erhöht war; Es wurde auch gezeigt, dass während der SARS-CoV-2-induzierten Erkrankung zusätzliche Expressionen von PD-1 und Tim-3 auf den T-Zellen in direktem Zusammenhang mit der Schwere der Erkrankung standen; die Faktoren, die auch bei anderen Virusinfektionen erhöht waren. Das Phänomen der „T-Zell-Erschöpfung“ könnte relativ leicht umgekehrt werden, beispielsweise wenn die T-Zellen nicht mehr dem Virus oder Tumor ausgesetzt sind. Aber obwohl erschöpfte T-Zellen, die sich von einer chronischen Infektion erholt haben (REC-TEX), einige Funktionen und Merkmale von Gedächtnis-T-Zellen (TMEM) wiedererlangen, behalten sie unglücklicherweise epigenetische Narben, die darauf hinweisen, dass die Kontrolle der Genexpression mit ihrer Erschöpfungsgeschichte „fest verbunden“ ist. Sobald T-Zellen erschöpft sind, bleiben sie grundsätzlich auf Erschöpfung „verdrahtet“ – daher kann es schwierig sein, sie wieder zu wirksamen Viren- und Krebsbekämpfern zu machen“, sagte John Wherry, PhD, Vorsitzender der Abteilung für Systempharmakologie und Translational Therapeutics und Direktor des Penn Institute of Immunology an der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania. Darüber hinaus kann COVID-19 T-Lymphozytenzellen infizieren und Apoptose und apoptotische Marker induzieren. Lymphozytopenie wurde auch bei Fällen des Middle East Respiratory Syndrome (MERS) festgestellt. MERS-CoV kann menschliche primäre T-Lymphozyten direkt infizieren und über extrinsische und intrinsische Apoptosewege T-Zell-Apoptose induzieren, kann sich jedoch nicht in T-Lymphozyten replizieren. Es ist jedoch unklar, ob SARS-CoV-2 auch T-Zellen infizieren und zu einer Lymphozytopenie führen kann. Eine Studie zeigte, dass T-Zellen ein sehr geringes Expressionsniveau von hACE2 auf ihrer Zelloberfläche exprimieren und T-Zelllinien im Vergleich zu SARS-CoV deutlich empfindlicher auf eine SARS-CoV-2-Infektion reagieren. Mit anderen Worten: Diese Ergebnisse zeigen, dass T-Lymphozyten für eine SARS-CoV-2-Infektion möglicherweise toleranter sind. Daher ist es plausibel, dass das S-Protein von SARS-CoV-2 eine starke Infektiosität vermitteln könnte, selbst bei Zellen, die wenig hACE2 exprimieren, was wiederum erklären würde, warum die Übertragungsrate von SARS-CoV-2 so hoch ist. Durch die jüngsten Fortschritte bei der Genombearbeitung können T-Zellen nun erfolgreich mithilfe der CRISPR/Cas9-Technologie verändert werden. Beispielsweise kann die Aktivierung (post-)transkriptioneller Mechanismen zur Steigerung der T-Zell-Zytokinproduktion, die Neuausrichtung der T-Zell-Antigenspezifität oder die Brechung von T-Zellen gegenüber inhibitorischen Rezeptorsignalen die T-Zell-Effektorfunktion steigern. Daher könnte die CRISPR/Cas9-vermittelte Genombearbeitung neue Strategien zur Induktion einer langfristigen Immunität gegen COVID-19 liefern. Immuntherapien mit autologen T-Zellen sind zu einer wirksamen Behandlungsoption für viele Krankheiten wie Virusinfektionen oder Krebs geworden. Dazu gehören die adoptive Isolierung und Übertragung natürlich vorkommender virus-/tumorspezifischer T-Zellen sowie die Übertragung genetisch veränderter T-Lymphozyten. Nach Angaben des Forschers werden erschöpfte virusreaktive CD8+-Gedächtnis-T-Zellen aus Patienten mit leichter Infektion mithilfe eines modifizierten Antigen-reaktiven T-Zell-Anreicherungstests (ARTE) isoliert. Erschöpfte virusreaktive CD8+-Gedächtnis-T-Zellen werden gesammelt und sowohl das Gen für das programmierte Zelltodprotein 1 (PDCD1) als auch das ACE2-Gen werden durch CRISPR Cas9 im Labor ausgeschaltet. Die Lymphozyten werden ex vivo ausgewählt und vermehrt und den Patienten wieder infundiert.