加速研究癌症的突变基因编辑方法

基因组研究的癌症患者显示成千上万的突变与肿瘤的发展。然而,对于绝大多数的突变,研究人员不确定如何导致癌症,因为没有简单的方法来研究它们在动物模型。

在提前,可以帮助科学家削弱,长串的未知突变,麻省理工学院的研究人员已经开发出一种容易工程师具体与癌症相关的基因突变小鼠模型。

使用这种技术,基于CRISPR基因编辑技术,研究人员已经创建了几个不同的致癌基因的突变模型喀斯特,在不同的器官。他们相信这种技术也可以用于几乎任何其他类型的癌症突变已被确认。

这样的模型可以帮助研究人员识别和测试新药目标这些突变。

“这是一个非常强大的工具用于检查基本上任何感兴趣的基因突变的影响在一个完整的动物,早些时候在一小部分所需的时间和方法,“Tyler Jacks说,生物学的教授戴维·h·科赫,科赫研究所的成员麻省理工学院综合癌症研究的一个新研究的高级作者。

麻省理工学院生物学助理教授弗朗西斯科Sanchez-Rivera科赫研究所的成员和David Liu教授在哈佛大学化学与化学生物学系和核心研究所Broad研究所的成员,也是这项研究的高级作者,在今天自然生物技术。

扎克伊利博士”22日,前麻省理工学院研究生现在是麻省理工学院的客座科学家尼古拉Mathey-Andrews和麻省理工学院研究生论文的主要作者。

更快的编辑

测试癌症药物在小鼠模型是一个重要的步骤在决定他们是否有足够的安全有效的进入人体临床试验。在过去的20年里,研究人员利用基因工程创造了小鼠模型通过删除肿瘤抑制基因或激活促进基因。然而,这种方法是劳动密集型,需要几个月甚至几年生产和分析小鼠单个与癌症相关的基因突变。

“博士研究生可以构建一个整体构建一个模型,一个突变,”伊利说。“与传统模型,需要几十年才能赶上我们发现所有的突变与癌症基因组图谱”。

在2010年代中期,研究人员开始探索的可能性使用CRISPR基因编辑系统,使癌细胞突变更容易。这项工作发生在千斤顶的一些实验室,Sanchez-Rivera(当时麻省理工学院研究生)和他的同事们显示他们可以使用CRISPR快速、轻松地敲除基因常常迷失在肿瘤。然而,尽管这种方法很容易敲除基因,它不适合插入新的突变基因,因为它依赖于细胞的DNA修复机制,往往会引入误差。

灵感来自从刘广泛研究所的实验室研究,麻省理工学院的团队想要想出一个方法来执行更精确的基因编辑允许他们做出非常有针对性的突变致癌基因(基因驱动癌症)或肿瘤抑制。

2019年,刘和他的同事们报告的新版本CRISPR基因编辑称为'编辑。CRISPR与原始版本,使用酶Cas9创建在DNA双链断裂,主要编辑使用修改后的酶称为Cas9 nickase,融合到另一个叫做逆转录酶的酶。这种融合酶只削减一个链的DNA螺旋,它避免了引入双链DNA断裂,可能导致错误当细胞修复DNA。

麻省理工学院的研究人员设计新的小鼠模型工程'编辑酶的基因小鼠的生殖细胞,这意味着它将会出现在每一个细胞的生物体。酶编码'编辑器允许细胞RNA序列复制到整合到基因组DNA。然而,编辑基因保持沉默直到激活特定的交付叫做Cre重组酶的蛋白质。

由于'编辑系统是安装在老鼠基因组,研究人员可以通过注入Cre重组酶启动肿瘤生长的组织,他们想要一个癌症突变表达,以及指导RNA指导Cas9 nickase做出具体的编辑在细胞的基因组中。RNA指南可以诱导DNA碱基替换,删除或添加指定的基因,让研究人员创建任何癌症突变。

建模的突变

为了演示这种技术的潜力,研究人员设计几种不同的Kras基因突变,使大约30%的人类癌症,包括几乎所有胰腺腺癌。然而,并不是所有喀斯特突变是相同的。许多Kras突变发生在一个位置被称为G12,氨基酸甘氨酸在哪里发现,根据突变,这甘氨酸可以转换成不同的氨基酸之一。

研究人员开发了模型四种不同类型的肺癌患者的Kras基因突变:G12C, G12D G12R, G12A。令他们吃惊的是,他们发现,在每一个模型产生的肿瘤有截然不同的特征。例如,G12R突变产生大,激进的肺肿瘤,而G12A肿瘤较小,进展较慢。

以不同的方式学习更多关于这些突变影响肿瘤的发展可以帮助研究人员开发药物针对每个不同的突变。目前,只有两种fda批准的药物目标Kras突变,和他们都是特定于G12C突变,占大约30%的Kras突变的肺癌。

研究人员还利用他们的技术创造了胰腺瀑样与几个不同类型的肿瘤抑制基因p53突变,和他们现在发展中这些基因突变的小鼠模型。他们也在产生额外的Kras突变模型,连同其他突变有助于赋予抵抗喀斯特抑制剂。

“我们兴奋的一件事是看着组合驱动肿瘤发生的突变包括Kras突变,以及电阻突变有关,“Mathey-Andrews说。“我们希望将不仅给我们一个处理是否突变引起的阻力,但抗肿瘤是什么样子呢?”

研究人员让老鼠'编辑系统设计到他们的基因组可以通过存储库在杰克逊实验室,他们希望其他实验室开始使用这种技术为自己的研究癌症的突变。

参考:伊利咱,Mathey-Andrews N,长久的年代,et al。'鼠标编辑模型广泛的体细胞突变在活的有机体内。生物科技Nat》。2023年。doi:10.1038 / s41587 - 023 - 01783 - y

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