CRISPR應(yīng)用于癌癥研究，發(fā)現(xiàn)更多藥物靶點(diǎn)
本周一，美國癌癥研究協(xié)會年度大會如期在新奧爾良舉行。在本年的大會上，幾位知名科學(xué)家就CRISPR基因編輯技術(shù)在癌癥研究與療法開發(fā)中的應(yīng)用做了具體發(fā)言。
研究人員使用CRISPR技術(shù)對癌細(xì)胞系中特定基因進(jìn)行了敲除，根據(jù)敲出是否抑制癌細(xì)胞的增值對每一個基因做出了具體的CRISPR評分。Sabatini團(tuán)隊正著手將這一技術(shù)應(yīng)用于數(shù)種不同癌細(xì)胞系基因敲除的研究中，其中一些基因已經(jīng)被他們證實(shí)是對于多種癌癥的發(fā)生至關(guān)重要的。Sabatini認(rèn)為他們技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于這種基因編輯技術(shù)并沒有針對某種特殊的癌癥，而是針對特殊的癌細(xì)胞系。這種癌癥的研究方式與普遍的研究相比似乎更加具體。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c成果：
1.尋找癌細(xì)胞的保命基因，篩選藥物潛在靶點(diǎn)
Sabatini團(tuán)隊所期望看見的結(jié)果是找到對于癌癥發(fā)生至關(guān)重要的基因，他們認(rèn)為這類基因具有作為藥物治療靶位的潛力。同時，他們也期望能夠找到促使腫瘤細(xì)胞發(fā)育為不同類型腫瘤的致癌基因促進(jìn)因子，進(jìn)而促進(jìn)癌癥分化干預(yù)技術(shù)的研究。
2.篩選腫瘤生長促進(jìn)基因，縮小藥物靶標(biāo)選擇范圍
除了上述動機(jī)之外，Sabatini團(tuán)隊也在努力尋找促使腫瘤生長的基因，他們認(rèn)為這類基因與促使腫瘤發(fā)生的基因同等重要。對這類基因的干預(yù)或許同樣可以通過藥物化而作為治療癌癥的靶標(biāo)基因。舉例來說，Sabatini實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的CRISPR篩選技術(shù)找到了弗林蛋白酶編碼基因的可能相關(guān)因子胰島素樣生長因子1，雖然也有文獻(xiàn)指出了弗林蛋白酶編碼基因可能存在的其他相關(guān)因子，諸如此類的技術(shù)仍然可以通過縮小靶基因的篩選范圍而為癌癥治療技術(shù)的開發(fā)提供突破口。
3.尋找基因通路關(guān)鍵組成，彌補(bǔ)理論研究缺失
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，Sabatini團(tuán)隊通過CRISPR篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)了幾種新的基因通路關(guān)鍵分子，他們隨即用生化實(shí)驗(yàn)對這些分子在基因通路中的關(guān)鍵作用進(jìn)行了證實(shí)。證明這類分子可以幫助研究人員彌補(bǔ)他們在特定基因通路如何導(dǎo)致癌癥發(fā)展與增長方面知識的不足。
“在大量基因中尋找特殊基因是一件非常有趣的工作。”Sabatini總結(jié)說。
實(shí)驗(yàn)方法：CRISPRa& CRISPRi
在癌癥的發(fā)病過程中，錯誤的基因表達(dá)與基因沉默都具有至關(guān)重要的作用。但是觀察這些基因表達(dá)與沉默是一回事，控制這些基因的表達(dá)與沉默卻是另一回事。Weissman認(rèn)為得益于CRISPR基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在對于這類基因的控制也逐漸變成了可能?，F(xiàn)在，研究人員可以通過CRISPR基因編輯技術(shù)對這些基因進(jìn)行正確地調(diào)整，而不是像以前一樣僅僅將它們關(guān)閉了事。
CRISPRi用于關(guān)閉基因的表達(dá)而CRISPRa用于開啟基因的表達(dá)，將這兩種技術(shù)放在一起使用時，科學(xué)家便可以調(diào)控特定基因的表達(dá)水平。“我們的研究成果就是一個基因表達(dá)量的調(diào)整按鈕，通過這個按鈕，我們可以隨意調(diào)整特定基因表達(dá)量的多少。”Weissman說。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c成果：
1.提高CRISPR技術(shù)敏感性，降低基因編輯細(xì)胞毒性
目前，Weissman實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了CRISPRa與CRISPRi技術(shù)的優(yōu)化。最開始，他們建立了一個基因組文庫，接著他們依靠這個基因組文庫完成了目的基因的預(yù)選。隨后，Weissman和同事們在假陽性結(jié)果篩選前使用CRISPRa與CRISPRi技術(shù)挑選了80%的預(yù)選基因。在最新版的基因組文庫中，研究人員將80%提升到了95%
“我們之所以對技術(shù)敏感性如此在意的一大原因就是在CRISPR與目的基因結(jié)合時并不會產(chǎn)生太多細(xì)胞毒性，而cas9對目的基因切割時的細(xì)胞毒性卻相對較大。所以在某種程度上我們可以將基因編輯過程中產(chǎn)生的細(xì)胞毒性歸咎于切割過程。”Weissman說。Weissman實(shí)驗(yàn)室基因編輯技術(shù)的敏感性甚至足以識別與挑揀基因中的溫和缺陷。
2.多種轉(zhuǎn)錄本篩選，滿足潛在科研要求
通過這些CRISPR改型技術(shù)的應(yīng)用，Weissman團(tuán)隊可以進(jìn)行全基因組中任何轉(zhuǎn)錄本的遺傳篩查，對于癌細(xì)胞藥物抗性發(fā)生機(jī)制十分重要的基因過度表達(dá)篩查，冗余基因篩查以及這些基因功能的研究。同時，CRISPR改型技術(shù)也可以用于大規(guī)模平行純合致死的篩查。
3.尋找潛在藥物靶標(biāo)，鑒定分子殺傷機(jī)制
更重要的是，CRISPRi技術(shù)可以通過對一些功能尚不明了的小分子受體篩選來發(fā)現(xiàn)潛在的藥物治療靶標(biāo)。CRISPRa技術(shù)可以用來鑒定一些分子殺死細(xì)胞的具體分子機(jī)制。Weissman說。
4.分子伴侶化合物開發(fā)的指導(dǎo)
Weissman實(shí)驗(yàn)室的CRISPR改型技術(shù)甚至可以用來指導(dǎo)分子伴侶化合物的開發(fā)。在癌癥的發(fā)生過程中，致癌基因往往處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，依賴分子伴侶維持其功能。對于確保癌細(xì)胞產(chǎn)生更多的突變與藥物抗性來說分子伴侶有著至關(guān)重要的作用。
然而，想要開發(fā)有效的靶向性分子伴侶化合物是十分困難的。分子伴侶種類繁多，功能疊加嚴(yán)重。使用CRISPRa與CRISPRi技術(shù)調(diào)控這些分子伴侶的表達(dá)量可以幫助研究人員找到針對分子伴侶的新型癌癥療法。
David Sabatini·懷特黑德研究所首席研究員
在大會上，Sabatini對其實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用CRISPR技術(shù)篩選癌細(xì)胞研究性靶向基因與確定細(xì)胞癌變途徑等內(nèi)容做了具體發(fā)言。
研究人員使用CRISPR技術(shù)對癌細(xì)胞系中特定基因進(jìn)行了敲除，根據(jù)敲出是否抑制癌細(xì)胞的增值對每一個基因做出了具體的CRISPR評分。Sabatini團(tuán)隊正著手將這一技術(shù)應(yīng)用于數(shù)種不同癌細(xì)胞系基因敲除的研究中，其中一些基因已經(jīng)被他們證實(shí)是對于多種癌癥的發(fā)生至關(guān)重要的。Sabatini認(rèn)為他們技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于這種基因編輯技術(shù)并沒有針對某種特殊的癌癥，而是針對特殊的癌細(xì)胞系。這種癌癥的研究方式與普遍的研究相比似乎更加具體。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c成果：
1.尋找癌細(xì)胞的保命基因，篩選藥物潛在靶點(diǎn)
Sabatini團(tuán)隊所期望看見的結(jié)果是找到對于癌癥發(fā)生至關(guān)重要的基因，他們認(rèn)為這類基因具有作為藥物治療靶位的潛力。同時，他們也期望能夠找到促使腫瘤細(xì)胞發(fā)育為不同類型腫瘤的致癌基因促進(jìn)因子，進(jìn)而促進(jìn)癌癥分化干預(yù)技術(shù)的研究。
2.篩選腫瘤生長促進(jìn)基因，縮小藥物靶標(biāo)選擇范圍
除了上述動機(jī)之外，Sabatini團(tuán)隊也在努力尋找促使腫瘤生長的基因，他們認(rèn)為這類基因與促使腫瘤發(fā)生的基因同等重要。對這類基因的干預(yù)或許同樣可以通過藥物化而作為治療癌癥的靶標(biāo)基因。舉例來說，Sabatini實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的CRISPR篩選技術(shù)找到了弗林蛋白酶編碼基因的可能相關(guān)因子胰島素樣生長因子1，雖然也有文獻(xiàn)指出了弗林蛋白酶編碼基因可能存在的其他相關(guān)因子，諸如此類的技術(shù)仍然可以通過縮小靶基因的篩選范圍而為癌癥治療技術(shù)的開發(fā)提供突破口。
3.尋找基因通路關(guān)鍵組成，彌補(bǔ)理論研究缺失
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，Sabatini團(tuán)隊通過CRISPR篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)了幾種新的基因通路關(guān)鍵分子，他們隨即用生化實(shí)驗(yàn)對這些分子在基因通路中的關(guān)鍵作用進(jìn)行了證實(shí)。證明這類分子可以幫助研究人員彌補(bǔ)他們在特定基因通路如何導(dǎo)致癌癥發(fā)展與增長方面知識的不足。
“在大量基因中尋找特殊基因是一件非常有趣的工作。”Sabatini總結(jié)說。
Jonathan Weissman·加州大學(xué)舊金山分校教授
實(shí)驗(yàn)方法：CRISPRa& CRISPRi
在癌癥的發(fā)病過程中，錯誤的基因表達(dá)與基因沉默都具有至關(guān)重要的作用。但是觀察這些基因表達(dá)與沉默是一回事，控制這些基因的表達(dá)與沉默卻是另一回事。Weissman認(rèn)為得益于CRISPR基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在對于這類基因的控制也逐漸變成了可能?，F(xiàn)在，研究人員可以通過CRISPR基因編輯技術(shù)對這些基因進(jìn)行正確地調(diào)整，而不是像以前一樣僅僅將它們關(guān)閉了事。
CRISPRi用于關(guān)閉基因的表達(dá)而CRISPRa用于開啟基因的表達(dá)，將這兩種技術(shù)放在一起使用時，科學(xué)家便可以調(diào)控特定基因的表達(dá)水平。“我們的研究成果就是一個基因表達(dá)量的調(diào)整按鈕，通過這個按鈕，我們可以隨意調(diào)整特定基因表達(dá)量的多少。”Weissman說。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c成果：
1.提高CRISPR技術(shù)敏感性，降低基因編輯細(xì)胞毒性
目前，Weissman實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成了CRISPRa與CRISPRi技術(shù)的優(yōu)化。最開始，他們建立了一個基因組文庫，接著他們依靠這個基因組文庫完成了目的基因的預(yù)選。隨后，Weissman和同事們在假陽性結(jié)果篩選前使用CRISPRa與CRISPRi技術(shù)挑選了80%的預(yù)選基因。在最新版的基因組文庫中，研究人員將80%提升到了95%
“我們之所以對技術(shù)敏感性如此在意的一大原因就是在CRISPR與目的基因結(jié)合時并不會產(chǎn)生太多細(xì)胞毒性，而cas9對目的基因切割時的細(xì)胞毒性卻相對較大。所以在某種程度上我們可以將基因編輯過程中產(chǎn)生的細(xì)胞毒性歸咎于切割過程。”Weissman說。Weissman實(shí)驗(yàn)室基因編輯技術(shù)的敏感性甚至足以識別與挑揀基因中的溫和缺陷。
2.多種轉(zhuǎn)錄本篩選，滿足潛在科研要求
通過這些CRISPR改型技術(shù)的應(yīng)用，Weissman團(tuán)隊可以進(jìn)行全基因組中任何轉(zhuǎn)錄本的遺傳篩查，對于癌細(xì)胞藥物抗性發(fā)生機(jī)制十分重要的基因過度表達(dá)篩查，冗余基因篩查以及這些基因功能的研究。同時，CRISPR改型技術(shù)也可以用于大規(guī)模平行純合致死的篩查。
3.尋找潛在藥物靶標(biāo)，鑒定分子殺傷機(jī)制
更重要的是，CRISPRi技術(shù)可以通過對一些功能尚不明了的小分子受體篩選來發(fā)現(xiàn)潛在的藥物治療靶標(biāo)。CRISPRa技術(shù)可以用來鑒定一些分子殺死細(xì)胞的具體分子機(jī)制。Weissman說。
4.分子伴侶化合物開發(fā)的指導(dǎo)
Weissman實(shí)驗(yàn)室的CRISPR改型技術(shù)甚至可以用來指導(dǎo)分子伴侶化合物的開發(fā)。在癌癥的發(fā)生過程中，致癌基因往往處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，依賴分子伴侶維持其功能。對于確保癌細(xì)胞產(chǎn)生更多的突變與藥物抗性來說分子伴侶有著至關(guān)重要的作用。
然而，想要開發(fā)有效的靶向性分子伴侶化合物是十分困難的。分子伴侶種類繁多，功能疊加嚴(yán)重。使用CRISPRa與CRISPRi技術(shù)調(diào)控這些分子伴侶的表達(dá)量可以幫助研究人員找到針對分子伴侶的新型癌癥療法。
