Wetenschappers van Northwestern Medicine gebruiken nieuwe ontwikkelingen in de CRISPR-technologie voor het bewerken van genen om nieuwe biologie te ontdekken die zou kunnen leiden tot langdurigere behandelingen en nieuwe therapeutische strategieën voor het humaan immunodeficiëntievirus (hiv).
De hiv-epidemie is tijdens de COVID-19-pandemie over het hoofd gezien, maar vormt een kritieke en voortdurende bedreiging voor de menselijke gezondheid met naar schatting 1,5 miljoen nieuwe infecties in het afgelopen jaar.
Geneesmiddelontwikkelaars en onderzoeksteams zijn al meer dan 40 jaar op zoek naar genezingen en nieuwe behandelingsmodaliteiten voor HIV, maar worden beperkt door hun begrip van hoe het virus een infectie in het menselijk lichaam veroorzaakt. Hoe kaapt dit kleine, bescheiden virus met slechts 12 eiwitten – en een genoom dat slechts een derde van de grootte van SARS-CoV-2 is – de lichaamscellen om zich te repliceren en zich over systemen te verspreiden?
Een multidisciplinair team van Northwestern probeerde die vraag te beantwoorden.
In de nieuwe studie van het team, die vandaag (1 april) in het tijdschrift Nature Communications is gepubliceerd, gebruikten wetenschappers een nieuwe CRISPR-benadering voor het bewerken van genen om menselijke genen te identificeren die belangrijk waren voor hiv-infectie in het bloed, waarbij ze 86 genen vonden die mogelijk een rol spelen bij de manier waarop hiv zich vermenigvuldigt en ziekte veroorzaakt, waaronder meer dan 40 die nog nooit zijn bekeken in de context van hiv-infectie.
De studie stelt een nieuwe kaart voor om te begrijpen hoe HIV integreert in ons DNA en een chronische infectie veroorzaakt.
advertentie
“De bestaande medicamenteuze behandelingen zijn een van onze belangrijkste instrumenten in de strijd tegen de hiv-epidemie en zijn verbazingwekkend effectief geweest in het onderdrukken van virale replicatie en verspreiding”, zegt Judd Hultquist van Northwestern, een co-corresponderende auteur. “Maar deze behandelingen zijn niet curatief, dus mensen met hiv moeten een strikt behandelingsregime volgen dat voortdurende toegang tot goede betaalbare gezondheidszorg vereist – dat is gewoon niet de wereld waarin we leven.”
Hultquist zei dat met meer begrip van hoe het virus repliceert, behandelingen op een dag genezing kunnen worden.
Hultquist is associate director van het Center for Pathogen Genomics and Microbial Evolution aan de Northwestern University Feinberg School of Medicine en is assistent-professor geneeskunde bij infectieziekten bij Feinberg.
Een methode zonder compromis
Tot nu toe waren studies gebaseerd op het gebruik van onsterfelijk gemaakte menselijke kankercellen (zoals HeLa-cellen) als modellen om te bestuderen hoe HIV zich in het laboratorium repliceert. Hoewel deze cellen gemakkelijk te manipuleren zijn in het laboratorium, zijn het onvolmaakte modellen van menselijke bloedcellen. Bovendien gebruiken de meeste van deze onderzoeken technologie om de expressie van bepaalde genen te verminderen, maar niet volledig uit te schakelen zoals bij CRISPR, wat betekent dat wetenschappers niet altijd duidelijk kunnen bepalen of een gen betrokken was bij het helpen of onderdrukken van virale replicatie.
advertentie
“Met het CRISPR-systeem is er geen tussenpersoon – het gen is aan of uit,” zei Hultquist. “Dit vermogen om genen aan en uit te zetten in cellen die rechtstreeks uit menselijk bloed zijn geïsoleerd, is een game changer – deze nieuwe test is de meest getrouwe weergave van wat er in het lichaam gebeurt tijdens een HIV-infectie die we gemakkelijk in het laboratorium zouden kunnen bestuderen.”
In de studie werden T-cellen – het belangrijkste celtype waarop HIV gericht is – geïsoleerd uit gedoneerd menselijk bloed en honderden genen werden uitgeschakeld met behulp van CRISPR-Cas9-genbewerking. De “knock-out”-cellen werden vervolgens geïnfecteerd met HIV en geanalyseerd. Cellen die een gen verloren dat belangrijk was voor virale replicatie, vertoonden een verminderde infectie, terwijl cellen die een antivirale factor verloren, een toename van infectie vertoonden.
Van daaruit valideerde het team de geïdentificeerde factoren door ze selectief uit te schakelen bij nieuwe donoren, waar ze een bijna gelijkmatige onderbreking van nieuw ontdekte paden en goed onderzochte paden vonden.
Op weg naar een remedie voor hiv
Hultquist zei dat hun bevindingen een “perfecte splitsing” van nieuwe en bekende factoren vertegenwoordigden om te weten dat ze iets goed deden.
“Dit is echt een geweldige proof-of-concept dat de stappen en processen die we hebben genomen om het onderzoek uit te voeren robuust en goed doordacht waren,” zei Hultquist. “Dat bijna de helft van de genen die we vonden eerder waren ontdekt, vergroot het vertrouwen in onze dataset. Het opwindende is dat meer dan de helft — 46 — van deze genen nog nooit eerder in de context van een hiv-infectie was bekeken, dus ze vertegenwoordigen nieuwe mogelijke therapeutische wegen om te onderzoeken.”
Het team is enthousiast over de verdere ontwikkeling van deze technologie om genoombrede screening mogelijk te maken, waarbij ze onafhankelijk elk gen in het menselijk genoom uitschakelen of inschakelen om alle potentiële HIV-gastheerfactoren te identificeren. Deze gegevens zouden een cruciaal stuk in de puzzel vormen, waardoor ze nog dichter bij curatieve strategieën zouden komen.
De studie was een samenwerking tussen Hultquist van Northwestern en Alexander Marson en Nevan Krogan van de University of California, San Francisco.
Dit onderzoek werd ondersteund door een Mathilde Krim amfAR-subsidie met fondsen die zijn ingezameld door generationCURE (109504-61-RKRL); NIH/NIGMS-financiering voor het HIV Accessory & Regulatory Complexes (HARC) Centre (P50 GM082250); NIH-financiering voor de studie van aangeboren immuunresponsen op intracellulaire pathogenen (R01 AI120694 & P01 AI063302); NIH-financiering voor het Third Coast Centre for AIDS Research (P30 AI117943); NIH-financiering voor het UCSF-Gladstone Institute of Virology & Immunology Center for AIDS Research; NIH-financiering voor het UCSF Medical Scientist Training Program; verschillende NIH/NIAID-beurzen voor hiv-onderzoek (K22 AI136691, R01 AI165236 en R01 AI150998); en een NIH/NIDA-beurs (DP2 DA042423-01).
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Wetenschappers gebruiken nieuwe ontwikkelingen in de CRISPR-technologie voor het bewerken van genen om nieuwe biologie te ontdekken die zou kunnen leiden tot langdurigere behandelingen en nieuwe therapeutische strategieën voor het humaan immunodeficiëntievirus (hiv).
Datum van publicatie: 16 april 2022
Bron: Wetenschap | Al het topnieuws — ScienceDaily