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从基因到元件,CRISPR再升级:用于筛查与肿瘤相关的增强子

2016/01/13 来源:生物探索
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导读
1月11日,荷兰癌症研究所遗传学教授 Reuven Agami研究团队在Nature子刊《Nature Biotechnology》在线发表一篇文章,首次利用CRISPR系统筛选与肿瘤形成相关联的关键增强子元件(enhancer element)。


回顾刚刚结束的2015年,生物科技界最耀眼技术自然囊括了CRISPR。从简单的编辑基因、转基因模型构建到疾病治疗,甚至于编辑胚胎,这一革命性基因编辑工具为生物医学的发展带来了巨大的推进和广阔的前景。这一热度在岁末年初也一直处于高涨之势。

2015年12月31日,《Science》期刊连发三篇文章,首次将CRISPR技术用于患有遗传病的成年动物中,有望助力于首个基于基因编辑治疗人类致死性疾病的疗法开发。(详细

2016年1月6日,针对CRISPR/Cas9脱靶问题,麻省总医院(MGH)的研究人员开发出一个新版本的Cas9酶或将强有力的解决这一困扰CRISPR/Cas9系统的障碍,使脱靶效应降低到无法检测的水平,相关研究成果发表于《Nature》期刊。(详细

1月11日,荷兰癌症研究所遗传学教授 Reuven Agami研究团队在Nature子刊《Nature Biotechnology》在线发表一篇文章,首次利用CRISPR系统筛选与肿瘤形成相关联的关键增强子元件(enhancer element)。

知识回顾:非编码区的增强子

通常,真核细胞基因由编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区组成。其中,编码区由外显子和内含子间隔排列,而非编码区,又称“侧翼序列”,特指第一个外显子和最末一个外显子的外侧区域,包含有启动子、终止子、上游启动子元件、增强子、沉默子、反式作用因子等元件。

增强子元件作为非编码区的一段DNA序列,通常位于基因转录起始位点的上游,通过与特定转录因子结合强化基因转录,远距离提高基因表达水平。

增强子对维持基因表达、细胞正常生理功能有着不可忽视的作用。很多研究已经证实,增强子突变会影响基因表达。但是一直没有证据说明增强子突变与肿瘤之间存在直接关联。

从基因到元件,CRISPR寻找肿瘤形成相关联的增强子

构建SgRNA文库,筛选与抑癌基因p53相关联的增强子

之前,科学团队多集中于利用CRISPR敲除编码蛋白的基因突变进行疾病治疗研究。Agami团队另辟蹊径,首次利用CRISPR / Cas9系统研究非编码区关键元件对肿瘤形成的影响。

Agami研究团队构建CRISPR单向导RNA(SgRNA)文库,用于筛选与肿瘤相关的增强子,并将筛选范围聚焦在两种转录因子——p53和雌激素受体ERα(编码p53和ERα蛋白的基因常在癌变细胞中发生突变)。


以含有p53和一种诱导致癌基因Hras的人体细胞为研究材料,当科研人员使用CRISPR敲除对p53功能行使不可或缺的增强子时,Hras基因异常表达,最终导致细胞无限制增长。借助该研究原理,团队利用SgRNA文库筛选了685个基因组位点,包含约90%已知的与p53转录因子有关的增强元件。

通过文库筛选,研究团队共鉴定出与p53功能相关联的3个增强子,其中有2个增强元件位于细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A (P21 A)上游,p53需要与这两个增强子结合才能完全激活细胞衰老过程。

同理,研究团队以人乳腺癌细胞为材料,构建另一个不同的SgRNA文库用于筛选与转录因子ERα有关联的增强子。结果共筛查到3个增强元件与ERα有关。

为了进一步研究与ERα有关的3个增强元件,Agami团队计划选取对抗雌激素治疗表现抗性的乳腺癌患者的肿瘤样本为材料,对这些位点进行测序。他们想知道这些肿瘤样本中相关增强元件是否存在突变,从而解析为什么治疗出现抗性。

迈阿密大学米勒医学院研究人类表观基因组、癌症分子机制的Ramin Shiekhattar 评述该研究时表示,基于CRISPR进行研究很必要的,因为其实现了内源性评估调控元件的可能。

备注:文章编译、整理自The Scientist。

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