La nuova tecnologia aiuta a identificare il sottoinsieme di cellule immunitarie innate che "collabora" con il cancro / New Technology Helps Identify Innate Immune Cell Subset that “Collaborates” with Cancer

La nuova tecnologia aiuta a identificare il sottoinsieme di cellule immunitarie innate che "collabora" con il cancro /  New Technology Helps Identify Innate Immune Cell Subset that “Collaborates” with Cancer

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le scintille gialle illustrano i processi intracellulari che possono essere rilevati utilizzando INs-seq quando due cellule, ad esempio una cellula T e una cellula immunosoppressore, interagiscono. / The yellow sparks illustrate intracellular processes that can be detected using INs-seq when two cells, for example a T cell and an immune suppressor cell, interact. [Istituto Weizmann]

Gli scienziati del Weizmann Institute of Science affermano di aver sviluppato una tecnologia che consente loro di vedere all'interno di decine di migliaia di singole cellule contemporaneamente in modo più dettagliato che mai. Il gruppo, guidato da Ido Amit, PhD, del dipartimento di immunologia, ha applicato questo metodo per definire le cellule immunitarie che si infiltrano nei tumori, identificando un nuovo sottoinsieme di cellule immunitarie innate che “collaborano” con il cancro. Il blocco di queste cellule immunitarie inibitorie nei topi ha notevolmente migliorato la risposta immunitaria antitumorale, uccidendo il cancro.

Il gruppo ha pubblicato il suo studio " ScRNA-Seq accoppiato e attività proteica intracellulare rivelano un ruolo immunosoppressivo di TREM2 nel cancro " in Cell .

“La funzione e l'attività delle cellule sono regolate attraverso l'integrazione di vie di segnalazione, epigenetiche, trascrizionali e metaboliche. Qui, introduciamo INs-seq, una tecnologia integrata per la registrazione massicciamente parallela del sequenziamento dell'RNA a cellula singola (scRNA-seq) e dell'attività della proteina intracellulare. Abbiamo dimostrato l'ampia utilità di INs-seq per scoprire nuovi sottoinsiemi immunitari profilando diverse firme intracellulari di segnalazione immunitaria, combinazioni di fattori di trascrizione e attività metabolica ", scrivono i ricercatori.

"La mappatura completa delle cellule che esprimono l'arginasi 1 all'interno di modelli tumorali, una firma immunitaria metabolica dell'attività soppressiva, scopre nuove cellule  mieloidi regolatorie Arg1  +  Trem2  + (Mreg) ed identifica i marcatori, l'attività metabolica e le vie associate a queste cellule. L'ablazione genetica di Trem2 nei topi inibisce l'accumulo di cellule Mreg intra-tumorali, portando a una marcata diminuzione delle cellule T CD8 + disfunzionali  e alla ridotta crescita del tumore ".

"Questo studio stabilisce INs-seq come una tecnologia ampiamente applicabile per chiarire mappe trascrizionali e intracellulari integrate e identifica la firma molecolare delle cellule soppressive mieloidi nei tumori".

Amit ed il suo gruppo avevano precedentemente compiuto importanti passi avanti nel vedere nelle cellule quando hanno sviluppato il sequenziamento dell'RNA di una singola cellula. La nuova tecnica, chiamata INs-seq (colorazione e sequenziamento intracellulare), sviluppata nel laboratorio di Amit in un progetto guidato dai ricercatori Yonatan Katzenelenbogen, Fadi Sheban, Adam Yalin e Assaf Weiner, PhD, consente agli scienziati di misurare, oltre al RNA, numerose proteine, processi e percorsi biochimici che si verificano all'interno di ciascuna delle cellule.

Per fare questo, hanno dovuto sviluppare nuovi metodi per entrare nelle membrane cellulari senza danneggiarne il contenuto genetico. Questa ricchezza di informazioni privilegiate può aiutarli a tracciare distinzioni molto più sottili tra diversi sottotipi cellulari e attività rispetto a quanto è possibile con i metodi esistenti, la maggior parte dei quali è in grado di misurare solo le proteine ​​di superficie.

In effetti, Amit confronta quei metodi esistenti di caratterizzazione cellulare con l'acquisto di angurie: sembrano tutti identici dall'esterno, anche se possono avere un sapore completamente diverso quando li apri. Distinguere tra i sottotipi di cellule che sembrano identiche dall'esterno, come le cellule inibitorie e quelle immunitarie effettrici, può essere cruciale quando si tratta di combattere il cancro.

Sebbene i principali gruppi di cellule immunitarie fossero stati identificati molti decenni fa, ci sono centinaia di sottotipi con molte funzioni diverse, che non sono stati classificati.

“Specifici sottotipi immunitari, ad esempio, possono svolgere un ruolo nel promuovere il cancro o consentirgli di eludere il sistema immunitario, provocare la distruzione dei tessuti reagendo in modo eccessivo a un virus o agire erroneamente nelle sindromi autoimmuni, attaccando il nostro stesso corpo. Fino ad ora, non c'erano mezzi sufficientemente sensibili per distinguerli da altri sottotipi che sembrano identici dall'esterno ", dice Sheban.

Per ordinare queste diverse funzioni immunitarie all'interno dei tumori, i ricercatori hanno utilizzato la loro tecnologia per affrontare un problema che gli scienziati avevano cercato di risolvere per decenni: perché il sistema immunitario non riesce a riconoscere ed uccidere le cellule tumorali e perché l'immunoterapia per la maggior parte dei tipi di tumore spesso falliscono?

Nella ricerca di una risposta, hanno chiesto se i tumori potrebbero dirottare e manipolare particolari cellule immunitarie per difendere le cellule tumorali dal resto del sistema immunitario. "Il sospetto che un qualche tipo di cellula immunitaria possa 'collaborare' attivamente con il cancro non è così strano come sembra", spiega Yalin. “Le risposte immunitarie sono spesso pensate per essere di breve durata, quindi il sistema immunitario ha i suoi meccanismi per spegnerle. I tumori potrebbero trarre vantaggio da tali meccanismi, migliorando la produzione delle cellule immunitarie "chiuse" che, a loro volta, potrebbero impedire alle cellule immunitarie come i linfociti T che normalmente le ucciderebbero di agire ".

Il gruppo è riuscito a identificare le cellule immunitarie che bloccano le cellule T (cellule mieloidi). Sebbene questo particolare sottoinsieme di cellule mieloidi soppressive fosse nuovo, si distingueva per un prominente recettore di segnalazione che Amit ed il suo gruppo avevano visto prima, chiamato TREM2. Questo recettore è fondamentale per l'attività delle cellule che bloccano le azioni delle cellule T che uccidono il tumore. Normalmente, le cellule che portano questo recettore sono cruciali per prevenire danni ai tessuti in eccesso dopo un infortunio o per calmare una risposta immunitaria infiammatoria.

Ma Amit aveva anche incontrato una versione di questo recettore in altre cellule immunitarie coinvolte nel morbo di Alzheimer, nella sindrome metabolica ed in altre patologie immunitarie.

Il prossimo passo del gruppo è sviluppare un trattamento immunoterapico utilizzando anticorpi specifici che prendono di mira questo recettore e potrebbero impedire a queste cellule immunosoppressive di supportare il tumore.

"Perché questo recettore è espresso solo quando c'è un qualche tipo di patologia", dice Weiner, "bersagliarlo non danneggerà le cellule sane del corpo".

Le prove preliminari per le terapie TREM2 sono state dimostrate dagli scienziati in modelli murini di cancro con recettori TREM2 geneticamente ablati. In quei topi, le cellule T che uccidono il tumore "sono tornate in vita" e hanno attaccato le cellule tumorali; ed i tumori si sono ridotti in modo significativo.

Se il trattamento basato su questo risultato si dimostrerà, in futuro, efficace per l'uso umano, potrebbe essere somministrato da solo o in combinazione con altre forme di immunoterapia.

Yeda Research and Development, il braccio di trasferimento tecnologico del Weizmann Institute of Science, sta attualmente lavorando con Amit per sviluppare questo anticorpo immunoterapico per uso clinico e c'è già stato un grande interesse per la tecnologia INs-seq.

"Chiarire i meccanismi delle malattie autoimmuni e neurodegenerative e rispondere alla domanda sul perché il sistema immunitario spesso fallisce nella sua lotta contro il cancro o perché la maggior parte dei pazienti non risponde all'immunoterapia esistente, tutto ciò può dipendere da azioni specifiche di sottoinsiemi di immunoterapia cellule. Crediamo che INs-seq possa aiutare i ricercatori a identificare quelle particolari cellule e sviluppare nuove terapie per trattarle ", afferma Katzenelenbogen.

ENGLISH

Scientists at the Weizmann Institute of Science say they have developed a technology that enables them to see inside tens of thousands of individual cells at once in greater details than ever before. The group, headed by Ido Amit, PhD, of the immunology department, applied this method to define the immune cells that infiltrate tumors, identifying a new subset of innate immune cells that “collaborate” with cancer. Blocking these inhibitory immune cells in mice greatly enhanced the anti-tumor immune response, killing the cancer.

The team published its study “Coupled scRNA-Seq and Intracellular Protein Activity Reveal an Immunosuppressive Role of TREM2 in Cancer” in Cell.

“Cell function and activity are regulated through integration of signaling, epigenetic, transcriptional, and metabolic pathways. Here, we introduce INs-seq, an integrated technology for massively parallel recording of single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and intracellular protein activity. We demonstrate the broad utility of INs-seq for discovering new immune subsets by profiling different intracellular signatures of immune signaling, transcription factor combinations, and metabolic activity,” write the investigators.

“Comprehensive mapping of Arginase 1-expressing cells within tumor models, a metabolic immune signature of suppressive activity, discovers novel Arg1 + Trem2 + regulatory myeloid (Mreg) cells and identifies markers, metabolic activity, and pathways associated with these cells. Genetic ablation of Trem2 in mice inhibits accumulation of intra-tumoral Mreg cells, leading to a marked decrease in dysfunctional CD8 + T cells and reduced tumor growth.”

“This study establishes INs-seq as a broadly applicable technology for elucidating integrated transcriptional and intra-cellular maps and identifies the molecular signature of myeloid suppressive cells in tumors.”

Amit and his group had previously made important inroads into seeing into cells when they developed single cell RNA-sequencing. The new technique, called INs-seq (intracellular staining and sequencing), developed in Amit’s lab in a project led by research students Yonatan Katzenelenbogen, Fadi Sheban, Adam Yalin, and Assaf Weiner, PhD, enables scientists to measure, in addition to the RNA, numerous proteins, processes, and biochemical pathways occurring inside each of the cells.

To do this, they had to develop new methods of getting inside the cell membranes without harming its genetic content. This wealth of inside information can help them draw much finer distinctions between different cell subtypes and activities than is possible with existing methods, most of which are able to measure surface proteins only.

In fact, Amit compares those existing methods of cell characterization with buying watermelons: They all appear identical from the outside, even though they can taste completely different when you open them up. Distinguishing between subtypes of cells that seem identical from the outside, such as inhibitory- versus effector-immune cells, may be crucial to when it comes to fighting off cancer.

Although the principal groups of immune cells had been identified many decades ago, there are hundreds of subtypes with many different functions, which haven’t been classified.

“Specific immune subtypes, for example, may play a role in promoting cancer or enabling it to evade the immune system, provoke tissue destruction by overreacting to a virus or act mistakenly in autoimmune syndromes, attacking our own body. Until now, there was no sufficiently sensitive means of telling these apart from other subtypes that appear identical from the outside,” says Sheban.

To sort through these different immune functions inside tumors, the researchers used their technology to address an issue that scientists had been trying to resolve for decades: Why does the immune system fail to recognize and kill cancer cells, and why does immunotherapy for most tumor types often fail?

In searching for an answer, they asked whether cancers might hijack and manipulate particular immune cells to defend the cancer cells from the rest of the immune system. “The suspicion that some kind of immune cell might be actively ‘collaborating’ with cancer is not as strange as it seems,” explains Yalin. “Immune responses are often meant to be short-lived, so the immune system has its own mechanisms for shutting them down. Cancers could take advantage of such mechanisms, enhancing the production of the ‘shut-down’ immune cells, which, in turn, could prevent such immune cells as T lymphocytes that would normally kill them from taking action.”

The team succeeded in identifying T-cell-blocking immune cells (myeloid cells). Although this particular subset of suppressive myeloid cells was new, it was distinguished by a prominent signaling receptor that Amit and his group had seen before, called TREM2. This receptor is critical for the activity of the cells that block the actions of tumor-killing T cells. Normally, cells bearing this receptor are crucial for preventing excess tissue damage after injury or calming an inflammatory immune response.

But Amit had also come across a version of this receptor in other immune cells involved in Alzheimer’s disease, metabolic syndrome, and other immune-related pathologies.

The group’s next step is to develop an immunotherapy treatment using specific antibodies that target this receptor and could prevent these immune-suppressive cells from supporting the tumor.

“Because this receptor is only expressed when there is some type of pathology,” says Weiner, “targeting it will not damage healthy cells in the body.”

Preliminary evidence for the TREM2 therapeutics was demonstrated by the scientists in mouse models of cancer with genetically ablated TREM2 receptors. In those mice, tumor-killing T cells “came back to life” and attacked the cancer cells; and the tumors shrank significantly.

If treatment based on this finding is, in the future, proven effective for human use, it might be administered on its own or in combination with other forms of immunotherapy.

Yeda Research and Development, the technology transfer arm of the Weizmann Institute of Science, is currently working with Amit to develop this immunotherapy antibody for clinical use and there has already been a great deal of interest in INs-seq technology.

“Clarifying the mechanisms of autoimmune and neurodegenerative diseases, and answering the question of why the immune system often fails in its fight against cancer or why most patient do not respond to existing immunotherapy—all of these may come down to specific actions of subsets of immune cells. We believe INs-seq may help researchers identify those particular cells and develop new therapies to treat them,” says Katzenelenbogen.

Da:

https://www.genengnews.com/news/new-technology-helps-identify-innate-immune-cell-subset-that-collaborates-with-cancer/