Nature重要成果:用CRISPR构建癌症模型
生物通 · 2014/08/09
日前,麻省理工学院的研究人员发表在《Nature》上的一篇文章证实,CRISPR基因编辑系统可将致癌突变导入到成年小鼠的肝脏中,他们现正致力于寻找一些方法将必要的CRISPR组件传送到其他的器官,让他们能够调查存在于其他癌症类型中的一些突变。


肿瘤细胞基因组测序已揭示出成千上万的癌症相关突变。培育携带遗传缺陷的小鼠品系是揭示这些突变作用的一种方法,但培育这样的小鼠是一个费钱耗时的过程。

现在,麻省理工学院的研究人员找到了一种替代方法:他们证实利用称作为CRISPR的一种基因编辑系统可将致癌突变导入到成年小鼠的肝脏中,这使得科学家们能够更快速地筛查这些突变。

在发表于8月6日《自然》(Nature)杂志上的论文中,研究人员通过破坏肿瘤抑制基因p53和pten在成年小鼠体内生成了肝肿瘤。他们现正致力于寻找一些方法将必要的CRISPR组件传送到其他的器官,让他们能够调查存在于其他癌症类型中的一些突变。

论文的作者、麻省理工学院David H. Koch研究所Phillip Sharp教授说:“人类肿瘤测序揭示出了数百个不同组合的癌基因和抑癌基因。在未来随着传送方法的改进,这一灵活的技术将为你提供一个相当迅速测试这些组合的途经。”

麻省理工学院Koch研究所所长、生物学教授Tyler Jacks是这篇论文的资深作者。Koch研究所博士后Wen Xue、Sidi Chen和Hao Yin是这篇论文的主要作者。

破坏基因

CRISPR依赖于细菌利用来保护自身抵御病毒感染的细胞机器。研究人员复制这一细菌系统构建出了基因编辑复合物,其中包括一个称作为Cas9的DNA切割酶,以及编程结合特异基因组序列、告知Cas9切割位置的一段短引导链。

在一些情况下,研究人员只是剪断基因的一部分来破坏它的功能。而在另一些情况下,他们还导入了一段编码新序列的DNA模板链来替代被删除的DNA。

为了探究CRISPR在构建小鼠癌症模型中的潜在用途,研究人员首先利用它敲除了p53和pten。p53及pten可通过调控细胞生长来保护细胞免于癌变。以往的研究证实两种基因突变的转基因小鼠将会在数月内形成癌症。

这样的转基因小鼠研究已生成了许多的重要研究发现,但由于需要将一些突变导入到胚胎干细胞中,这一过程需要耗费超过一年的时间以及成千上万的美金。Jacks说:“这是一个非常漫长的过程,你需要研究的基因越多,时间就越长,也越加的复杂。”

利用Cas酶靶向切割p53和pten基因片段,研究人员在大约3%的肝细胞中破坏了这两个基因,使得在3个月内生成了肝肿瘤。

许多可能的模型

研究人员还利用CRISPR构建出了携带β- catenin癌基因的小鼠模型,这一基因可使得细胞在随后发生其他的突变时更有可能癌变。为了构建这一模型,研究人员必须删除β- catenin基因正常版本,并用过度激活的形式替代它。他们在0.5%肝细胞中取得了成功。

Jacks说:“不仅能够删除基因,还能够用改造的版本来替代它们,当你在未来考虑你想要突变的基因类型时,这为你打开了各种各样新的可能性。功能丧失和功能获得皆有可能。”

利用CRISPR来生成肿瘤,可使得科学家们能够更快速地研究不同的遗传突变相互作用产生癌症的机制,以及一些潜在的药物对于具有特异遗传谱的肿瘤所产生的效应。

在这项研究中,研究人员将一些CRISPR必要的基因注射到了小鼠尾部静脉中。尽管这是一种将遗传物质传送至肝脏的有效的方法,但它对其他的目的器官不起作用。Sharp说,现在,研究人员正在开发能够更有效地靶向其他器官的纳米颗粒以及其他的DNA和RNA传送方法。

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