Einzelzell-Sequenzierung kombiniert mit CAR-T zur Erforschung von Tumortherapien

Einzelzell-Sequenzierung und CAR-T

Chimärischer Antigenrezeptor (CAR) ist ein rekombinantes transmembranöses Molekül, das aus einem extrazellulären Segment (einer monoklonalen Antikörper-Variablenregion, die Antigene bindet), einem transmembranären Bereich und einem intrazellulären Segment (einem intrazellulären Signaldomäne, die für die Übertragung von Aktivierungssignalen verantwortlich ist) besteht. Es handelt sich um einen künstlich konstruierten Rezeptor, der spezifische Antigene erkennt. T-Zellen, die CAR-Moleküle exprimieren, werden als chimäre Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR-T-Zellen) bezeichnet, die durch die Übertragung des CAR-Gens in T-Zellen in vitro mittels verschiedener Vektoren hergestellt werden. CAR-T-Zellen können die spezifischen Rezeptoren, die sie auf ihrer Oberfläche tragen, verfolgen und erkennen und leiten T-Zellen an, um Krebszellen abzutöten.

Die Einzelzell-Sequenzierung bezieht sich auf Sequenzierungstechnologien, um genetische Informationen einzelner Zellen zu erhalten, d.h. die Extraktion und Amplifikation genetischer Informationen des Genoms, Transkriptoms, Epigenoms und anderer genetischer Informationen sowie die Hochdurchsatz-Sequenzierungsanalyse auf der Ebene einzelner Zellen. Das Gebiet der Einzelzell-Genomik hat in den letzten Jahren zahlreiche Hinweise auf die Komplexität biologischer Systeme geliefert. Die Kombination von hochauflösender Einzelzell-Sequenzierung und CAR-T-Therapie kann uns helfen, die Wirksamkeit der CAR-T-Zelltherapie weiter zu erforschen, den Wirkmechanismus zu verstehen und neue zielgerichtete Medikamente sowie Kombinationstherapien zu entwickeln, um den Anwendungsbereich der CAR-T-Zelltherapie in der klinischen Praxis zu optimieren und zu verbessern.

Enthüllung neuer Ziele für die AML-Therapie durch Transkriptom-Profiling

Das Forschungsteam verwendete fortschrittliche Methoden, einschließlich Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq), Einzelzell-T-Zell-Rezeptor-Sequenzierung (scTCR-seq) und Durchflusszytometrie, um CAR-T-Zellen sorgfältig zu isolieren. Diese Zellen wurden aus Blut- und Knochenmarkproben von 10 Patienten gewonnen, die mit rezidivierenden refraktären akuten B-lymphoblastischen Leukämie diagnostiziert wurden, bis zu fünf Jahre nach der Behandlung mit CD19 CAR-T-Zellen.

Die Untersuchung umfasste einen umfassenden Vergleich zwischen Patienten mit persistierenden CAR-T-Zellen und solchen, deren Ergebnisse hinter den Erwartungen zurückblieben. Bemerkenswerterweise zeigte die Studie, dass dauerhafte CAR-T-Zellen einen charakteristischen CD4/CD8 doppel-negativen Phänotyp und einen Erinnerungszustand aufwiesen, der einer Fehlfunktion ähnelte und durch ein einzigartiges transkriptionales Profil gekennzeichnet war. Dieses dauerhafte Profil war auffällig häufig bei allen pädiatrischen Patienten zu finden, die positiv auf eine langfristige Therapie ansprachen, und interessanterweise wurde es auch bei zwei erwachsenen Patienten mit chronischer lymphatischer Leukämie identifiziert. Die Ergebnisse beleuchten eine universelle transkriptionale Signatur, die mit der Präsenz von klinisch effektiven und langlebigen CD19 CAR-T-Zellen assoziiert ist.

Studienübersicht und Arbeitsablauf. (Anderson et al., 2023)

Die Autoren generierten Einzelzell-Transkriptomprofile, die mehr als 28.000 gesunde und maligne myeloische Zellen sowie 500.000 gesunde Zellen basierend auf 15 scRNA-seq-Datensätzen von AML-Patienten und 11 scRNA-seq-Datensätzen aus 9 gesunden menschlichen Geweben (Gehirn, Lungen, Lymphknoten, Herz, Haut, Leber, Nieren, Dickdarm und Speiseröhre) enthielten, und führten eine Analyse der molekularen Expression an der Zelloberfläche durch, um Antigene zu finden, die auf der Oberfläche maligner Tumorzellen exprimiert werden, aber am wenigsten in gesunden menschlichen Zellen, einschließlich T-Zellen, exprimiert sind. Nach rigorosem Screening wurden zwei neue Ziele für CAR-T-Zellen identifiziert, die zur Behandlung von AML verwendet werden können: CSF1R und CD86.

Ein auf scRNA-seq basierender Screening-Ansatz identifiziert CSF1R und CD86 als potenzielle CAR-Ziele bei AML. (Gottschlich et al., 2023)

Referenzen:

1. Anderson, Nathaniel D et al. "Transkriptionssignaturen, die mit persistierenden CD19 CAR-T-Zellen bei Kindern mit Leukämie assoziiert sind." Naturmedizin Bd. 29,7 (2023): 1700-1709.
2. Gottschlich, A., Thomas, M., Grünmeier, R. u. a. Einzelzell-transkriptomisches Atlas-geführtes Design von CAR-T-Zellen zur Behandlung der akuten myeloischen Leukämie. Nat Biotechnol 41, 1618–1632 (2023).