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CRISPR应用于癌症研究,发现更多药物靶点

作者:   上传日期:2016-04-20  阅读次数:


2016年4月18号,美国癌症研究协会年度大会如期在新奥尔良举行。在本年的大会上,几位知名科学家就CRISPR基因编辑技术在癌症研究与疗法开发中的应用做了具体发言。

David Sabatini·怀特黑德研究所首席研究员


David Sabatini
Professor of Biology; Member, Whitehead Institute; Senior Member, Broad Institute; Member, Koch Institute for Integrative Cancer Research; Charles Ross Scholar Award; Howard S. and Linda B. Stern Career Development Professor.

在大会上,Sabatini对其实验室应用CRISPR技术筛选癌细胞研究性靶向基因与确定细胞癌变途径等内容做了具体发言。

实验方法:癌细胞系特定基因的敲除

研究人员使用CRISPR技术对癌细胞系中特定基因进行了敲除,根据敲出是否抑制癌细胞的增值对每一个基因做出了具体的CRISPR评分。Sabatini团队正着手将这一技术应用于数种不同癌细胞系基因敲除的研究中,其中一些基因已经被他们证实是对于多种癌症的发生至关重要的。Sabatini认为他们技术的优点在于这种基因编辑技术并没有针对某种特殊的癌症,而是针对特殊的癌细胞系。这种癌症的研究方式与普遍的研究相比似乎更加具体。

实验目的与成果:

1.寻找癌细胞的保命基因,筛选药物潜在靶点

Sabatini团队所期望看见的结果是找到对于癌症发生至关重要的基因,他们认为这类基因具有作为药物治疗靶位的潜力。同时,他们也期望能够找到促使肿瘤细胞发育为不同类型肿瘤的致癌基因促进因子,进而促进癌症分化干预技术的研究。

2.筛选肿瘤生长促进基因,缩小药物靶标选择范围

除了上述动机之外,Sabatini团队也在努力寻找促使肿瘤生长的基因,他们认为这类基因与促使肿瘤发生的基因同等重要。对这类基因的干预或许同样可以通过药物化而作为治疗癌症的靶标基因。举例来说,Sabatini实验室开发的CRISPR筛选技术找到了弗林蛋白酶编码基因的可能相关因子胰岛素样生长因子1,虽然也有文献指出了弗林蛋白酶编码基因可能存在的其他相关因子,诸如此类的技术仍然可以通过缩小靶基因的筛选范围而为癌症治疗技术的开发提供突破口。

3.寻找基因通路关键组成,弥补理论研究缺失

在进行实验的过程中,Sabatini团队通过CRISPR筛选技术发现了几种新的基因通路关键分子,他们随即用生化实验对这些分子在基因通路中的关键作用进行了证实。证明这类分子可以帮助研究人员弥补他们在特定基因通路如何导致癌症发展与增长方面知识的不足。
“在大量基因中寻找特殊基因是一件非常有趣的工作。”Sabatini总结说。

Jonathan Weissman·加州大学旧金山分校教授

Jonathan S. Weissman is a Professor of Cellular & Molecular Pharmacology at the University of California, San Francisco. He has been affiliated with the Howard Hughes Medical Institute (HHMI) since 2000; first, as an Assistant Investigator (2000-2005) and, since 2005, as an Investigator.

Weissman就其实验室开发的两种CRISPR改型技术进行了相关发言,这两种改型技术分别被他们称为CRISPRactivation与CRISPRinterference.
实验方法:CRISPRa& CRISPRi
在癌症的发病过程中,错误的基因表达与基因沉默都具有至关重要的作用。但是观察这些基因表达与沉默是一回事,控制这些基因的表达与沉默却是另一回事。Weissman认为得益于CRISPR基因编辑技术的出现,现在对于这类基因的控制也逐渐变成了可能。现在,研究人员可以通过CRISPR基因编辑技术对这些基因进行正确地调整,而不是像以前一样仅仅将它们关闭了事。
CRISPRi用于关闭基因的表达而CRISPRa用于开启基因的表达,将这两种技术放在一起使用时,科学家便可以调控特定基因的表达水平。“我们的研究成果就是一个基因表达量的调整按钮,通过这个按钮,我们可以随意调整特定基因表达量的多少。”Weissman说。

实验目的与成果:

1.提高CRISPR技术敏感性,降低基因编辑细胞毒性
目前,Weissman实验室已经完成了CRISPRa与CRISPRi技术的优化。最开始,他们建立了一个基因组文库,接着他们依靠这个基因组文库完成了目的基因的预选。随后,Weissman和同事们在假阳性结果筛选前使用CRISPRa与CRISPRi技术挑选了80%的预选基因。在最新版的基因组文库中,研究人员将80%提升到了95%
“我们之所以对技术敏感性如此在意的一大原因就是在CRISPR与目的基因结合时并不会产生太多细胞毒性,而cas9对目的基因切割时的细胞毒性却相对较大。所以在某种程度上我们可以将基因编辑过程中产生的细胞毒性归咎于切割过程。”Weissman说。Weissman实验室基因编辑技术的敏感性甚至足以识别与挑拣基因中的温和缺陷。
2.多种转录本筛选,满足潜在科研要求
通过这些CRISPR改型技术的应用,Weissman团队可以进行全基因组中任何转录本的遗传筛查,对于癌细胞药物抗性发生机制十分重要的基因过度表达筛查,冗余基因筛查以及这些基因功能的研究。同时,CRISPR改型技术也可以用于大规模平行纯合致死的筛查。
3.寻找潜在药物靶标,鉴定分子杀伤机制
更重要的是,CRISPRi技术可以通过对一些功能尚不明了的小分子受体筛选来发现潜在的药物治疗靶标。CRISPRa技术可以用来鉴定一些分子杀死细胞的具体分子机制。Weissman说。
4.分子伴侣化合物开发的指导
Weissman实验室的CRISPR改型技术甚至可以用来指导分子伴侣化合物的开发。在癌症的发生过程中,致癌基因往往处于一种极不稳定的状态,依赖分子伴侣维持其功能。对于确保癌细胞产生更多的突变与药物抗性来说分子伴侣有着至关重要的作用。

然而,想要开发有效的靶向性分子伴侣化合物是十分困难的。分子伴侣种类繁多,功能叠加严重。使用CRISPRa与CRISPRi技术调控这些分子伴侣的表达量可以帮助研究人员找到针对分子伴侣的新型癌症疗法。

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