CRISPR-Cas9 Editing of Myeloid Lectins Reveals Target-Dependent Transcriptional Remodeling in Tumor-Associated Macrophages

All'interno dei campi di battaglia del corpo, i tumori non si limitano a crescere; costruiscono una fortezza. Reclutano cellule immunitarie ordinarie, trasformandole in alleate che proteggono il cancro anziché distruggerlo. Tra questi soldati reclutati ci sono i macrofagi, grandi globuli bianchi che normalmente pattugliano i tessuti per eliminare detriti e combattere le infezioni. Ma quando entrano in un tumore, spesso cambiano la loro natura, diventando "macrofagi associati al tumore" che aiutano il cancro a nascondersi dal sistema immunitario, a creare nuovi vasi sanguigni e a diffondersi. Gli scienziati sospettano da tempo che queste cellule non vengano semplicemente accese o spente da un singolo segnale. Al contrario, leggono costantemente un complesso linguaggio di etichette chimiche sulla superficie delle cellule cancerose. Una parte di questo linguaggio riguarda gli zuccheri, o glicani, che rivestono la superficie delle cellule come una carta d'identità unica. Recettori specializzati sulle cellule immunitarie, noti come lectine, agiscono come i lettori di queste carte d'identità zuccherine. Quando una lectina si aggancia a un particolare schema di zuccheri su un tumore, invia un messaggio all'interno della cella immunitaria, dicendole come comportarsi. La grande domanda è stata: quali di questi recettori che leggono gli zuccheri sono i più importanti per trasformare una cellula immunitaria sana in un aiutante del cancro, e cosa succede all'interno della cellula quando quella connessione viene interrotta?

Per rispondere a questo, un team di ricercatori si è messo in viaggio per testare cinque specifici recettori lectinici che ritenevano potessero essere attori chiave in questo processo. Hanno scelto di lavorare con cellule umane per garantire che i risultati fossero rilevanti per le persone, ma lavorare con queste cellule è notoriamente difficile. I ricercatori avevano bisogno di un modo per disabilitare temporaneamente ciascuno dei cinque recettori in cellule immunitarie umane viventi per vedere cosa cambiasse. Hanno utilizzato uno strumento molecolare preciso chiamato CRISPR-Cas9, che agisce come un paio di forbici molecolari per tagliare geni specifici. Inveve di usare virus per consegnare queste forbici, il che può essere rischioso, hanno impacchettato le forbici e le loro guide di puntamento in un complesso proteico e le hanno sparate direttamente nelle cellule usando un delicato impulso elettrico. Questo metodo ha permesso loro di modificare le cellule senza lasciare dietro di sé bagagli virali. Hanno prima testato il loro metodo su una linea cellulare standard di laboratorio per trovare le migliori "forbici" per ogni compito, per poi passare a nuove cellule immunitarie umane prelevate da donatori sani. Una volta disabilitati con successo i recettori, hanno mescolato queste cellule modificate con cellule di cancro al seno in un modello tridimensionale che imita l'ambiente affollato di un vero tumore. Dopo averle lasciate interagire per una settimana, hanno isolato le cellule immunitarie che si erano stabilite nell'ambiente tumorale e hanno letto le loro istruzioni genetiche per vedere come fosse cambiato il loro comportamento.

I risultati hanno rivelato che le cellule immunitarie non stavano semplicemente invertendo un interruttore da "buone" a "cattive" o viceversa. Invece, rompere la connessione con uno qualsiasi dei cinque recettori che leggono gli zuccheri ha causato la riorganizzazione dei loro sistemi energetici interni in modi sorprendenti. I ricercatori hanno scoperto che, quando questi recettori venivano disabilitati, le cellule cambiavano costantemente il modo in cui gestivano il proprio combustibile. Hanno spostato il loro metabolismo, alterando il modo in cui elaboravano grassi e zuccheri per generare energia. Questo spostamento metabolico non era casuale; era una risposta coordinata che avveniva in tutti i diversi recettori testati, suggerendo che questi lettori di zuccheri siano profondamente legati alla gestione energetica della cellula. Tuttavia, i cambiamenti specifici dipendevano da quale recettore veniva rimosso. Ad esempio, disabilitare un recettore chiamato CLEC6A ha ridotto la spinta della cellula a costruire nuovi vasi sanguigni e ha abbassato i segnali associati alla bassa ossigenazione, che sono caratteristiche comuni di un ambiente che supporta il tumore. Disabilitare un altro, CD209, ha avuto un effetto simile sulla crescita dei vasi sanguigni, ma ha anche cambiato il modo in cui la cellula gestiva i lipidi.

Forse la scoperta più sorprendente è stata che la forza dell'editing genetico non sempre prediceva la forza del cambiamento biologico. Un recettore, CLEC4E, era molto difficile da disabilitare; i ricercatori sono riusciti a rompere il gene in circa un quinto delle cellule. Eppure, anche con questo basso tasso di successo, le cellule che erano state con successo modificate mostravano una massiccia ristrutturazione dei loro programmi interni, in particolare nel modo in cui gestivano lo stress e i grassi. Ciò suggerisce che anche un piccolo numero di cellule che perdono questo specifico recettore può innescare un potente cambiamento nel loro comportamento. Al contrario, un altro recettore, SELL, era molto facile da disabilitare, con il gene rotto nella maggior parte delle cellule, ma i cambiamenti risultanti nel comportamento della cellula erano molto più limitati. Questo ci dice che l'importanza di un recettore non dipende solo da quanto sia facile spegnerlo, ma da quanto sia critico per la funzione complessiva della cellula.

Lo studio ha anche chiarito cosa queste cellule non stiano facendo. I ricercatori si erano chiesti se rimuovere questi lettori di zuccheri avrebbe semplicemente trasformato le cellule immunitarie in macchine aggressive che combattono l'infiammazione. I dati hanno mostrato che non era così. Invece di un passaggio uniforme a una modalità di "combattimento", le cellule hanno adottato uno stato complesso e misto, specifico per il recettore mancante. Non sono diventate cellule infiammatorie standard; sono diventate cellule con un'identità metabolica distinta. Questo mette in discussione la vecchia idea secondo cui le cellule immunitarie nei tumori siano semplicemente bloccate in un unico stato "cattivo" che può essere risolto con un singolo interruttore. Al contrario, si trovano in uno stato dinamico, che regola costantemente il proprio uso di energia e la segnalazione in base ai segnali di zucchero che ricevono dal tumore.

Mappando questi cambiamenti, i ricercatori hanno identificato quali recettori sono i bersagli più promettenti per le terapie future. Hanno scoperto che CLEC6A e CLEC4E erano particolarmente influenti, con la loro rimozione che portava ai cambiamenti più significativi nel comportamento della cellula, anche se CLEC4E era difficile da modificare. Ciò suggerisce che questi due recettori potrebbero essere i più critici per mantenere lo stato di supporto al tumore. Il lavoro ha anche confermato che i recettori CD209 e SIGLEC9 giocano un ruolo nel percepire il rivestimento zuccherino del tumore, e che la loro interruzione cambia il metabolismo della cellula e riduce la sua capacità di sostenere la crescita del tumore. Lo studio non ha testato se questi cambiamenti avrebbero fermato la crescita di un tumore in una persona vivente, ma ha fornito una mappa chiara e dettagliata di come questi recettori che leggono gli zuccheri controllano la vita interna delle cellule immunitarie che circondano il cancro. Dimostra che per cambiare il comportamento del sistema immunitario in un tumore, potremmo dover guardare oltre la semplice attivazione o soppressione e concentrarci invece su come queste cellule gestiscono la loro energia e rispondono al linguaggio degli zuccheri dell'ambiente tumorale.