Nature Biotechnology

Razionale: Le cellule producenti insulina derivanti dalla cellule staminali pluripotenti umane (PSC) hanno il potenziale per trattare il diabete nell’uomo, ma il loro uso clinico è in parte limitato dal loro rigetto o dal loro riconoscimento da parte della autoimmunità a causa dell'espressione dei geni altamente polimorfici del complesso maggiore di istocompatibilità (HLA) sulla loro superficie. Sono state proposte diverse soluzioni per questo problema di rigetto, incluse le costituzione di banche di PSC tipizzate per differenti HLA o la derivazione di PSC indotte da ciascun paziente, ma entrambi questi approcci richiedono che siano derivate più linee cellulari, differenziate in prodotti terapeutici e approvati per la somministrazione nell’uomo. Lo sviluppo di una singola linea PSC che possa evitare il riconoscimento da parte del sistema immunitario ridurrebbe notevolmente il tempo e le spese necessarie per far avanzare le terapie cellulari alla clinica. La beta due microglobulina  (B2M) è un gene non polimorfico che codifica per una proteina essenziale richiesta per l'espressione in superficie di tutte le catene pesanti polimorfiche HLA classe I. Eliminando l’espressione della beta 2 microglobulina si elimina l'espressione dell’ HLA di classe I dalla superficie delle cellule impedendo la stimolazione dei linfociti CD8 +. Tuttavia, una limitazione importante di questa semplice strategia di ingegneria genetica è che le cellule HLA classe I negative sono lisate dalla cellule naturali killer (NK) normalmente inibite dalle interazioni con le molecole HLA classe I.
Obiettivo: Dimostrare che in assenza di HLA classe I l’espressione forzata di molecole HLA-E, in forma di una proteina a catena singola fusa a B2M (creando cellule che esprimono HLA-E come unica molecola di HLA classe I in superficie), sia in grado di produrre cellule che non vengano riconosciute  sia dalla risposta linfocitaria CD8 che da quella NK.
Metodo: Mediante un approccio di editing genico mediato da virus adeno-associato (AAV) si è inserito il gene HLA-E nel locus della B2M in cellule staminali embrionali in modo tale da conferire l’espressione superficiale di HLA-E a singola catena come dimeri (fusi a B2M ) o trimeri (fusi a B2M e un antigene peptidico), senza espressione superficiale di HLA-A, B o C.
Risultato: Le cellule staminali embrionali modificate e le cellule da esse derivate non sono riconosciuti dalle cellule CD8 + T, non legano anticorpi anti HLA e sono resistenti alla lisi NK-mediata.
Commento editoriale: Lo studio descrive come attraverso un editing genico sia possibile rendere invisibili al sistema immunitario cellule staminali pluripotenti e le cellule da loro differenziate. Questo costituisce un altro elemento fondamentale nella spaventosa progressione degli ultimi anni  verso l’utilizzo nell’uomo di prodotti cellulari in assenza di immunosoppressione. I risultati supportano l'uso di cellule staminali pluripotenti esprimenti HLA-E come fonte di cellule donatrici universali di prima generazione, almeno in applicazioni in cui il tipo di cellule trapiantato non esprime molecole di HLA classe II, come nel caso delle beta cellule per il diabete. Ulteriori passi di ingegneria potrebbero essere utilizzati per prevenire l'espressione di classe II, ad esempio eliminare i geni responsabili della sindrome del linfociti nudo. Tuttavia l'espressione ridotta dell'HLA solleva anche preoccupazioni di sicurezza specifiche. L’assenza di HLA di classe I non promuove di per sé l’insorgenza di tumore, ma la presentazione di peptidi in classe I può contribuire all'eliminazione di cellule maligne formate per altri meccanismi e svolge un ruolo nella eliminazione delle infezioni. La domanda è se dunque le cellule così ottenute possano sfuggire al controllo del sistema  una volta impiantate qualora sviluppino trasformazione neoplastica o si infettino. Si deve sottolineare che la molecola dimero HLA-E potrebbe fornire una certa protezione in queste condizioni, in quanto HLA-E può presentare peptidi specifici di patogeni riconosciuti dalle cellule T citotossiche e eventualmente da peptidi specifici tumorali. Inoltre meccanismi indipendenti dall'HLA sono in grado di limitare le infezioni come dimostrato dalla presenza di una immunità parziale in pazienti con deficit di classe I. Inoltre, molte applicazioni di medicina rigenerativa comportano il trattamento di soggetti con normali sistemi immunitari,  l’impianto in siti protetti da potenziali patogeni  virali e il trapianto di cellule derivate terminalmente differenziate che potrebbero essere eventualmente bloccate nella proliferazione. Infine, la sicurezza di questi prodotti cellulari può essere migliorata mediante l'inclusione di geni suicidi come il gene TK.

A cura di  Margherita Occhipinti e Lorenzo Piemonti

Gornalusse GG, Hirata RK, Funk SE, Riolobos L, Lopes VS, Manske G, Prunkard D, Colunga AG, Hanafi LA, Clegg DO, Turtle C, Russell DW. HLA-E-expressing pluripotent stem cells escape allogeneic responses and lysis by NK cells. Nat Biotechnol. 2017 May 15. doi: 10.1038/nbt.3860. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 28504668