Ученые сочетают CRISPR и штрих-кодирование ДНК для отслеживания роста рака

Ученые отслеживают рост рака с помощью CRISPR
                Исследователи из Стэнфорда говорят, что комбинация CRISPR-Cas9 и штрих-кодирования ДНК может позволить ученым воспроизвести в лаборатории тот тип генетического разнообразия, который наблюдается у больных раком. Кредит: Любезность Монте Уинслоу

Стэнфордские ученые нашли способ модифицировать пары связанных с раком генов в легких мышей, а затем точно отслеживать отдельные клетки образовавшейся опухоли — комбинированный метод, который может значительно ускорить исследования рака и разработку лекарств.
                                                                                       

Работа может, наконец, позволить ученым имитировать, а затем изучить генетическое разнообразие клеток, обнаруженных в опухолях за пределами лаборатории.

«У рака человека нет только одной мутации, подавляющей опухоль, — у них есть комбинации. Вопрос в том, как разные мутированные гены взаимодействуют или не взаимодействуют друг с другом?» говорит Монте Уинслоу, генетик из медицинской школы Стэнфорда и старший автор исследования, опубликованного в номере журнала Nature Genetics от 2 апреля.

Всего несколько лет назад такое картографическое исследование было бы грандиозным, многолетним усилием. Это потребовало бы размножения нескольких линий генетически модифицированных мышей, каждая с разной парой инактивированных генов-супрессоров опухолей. Чтобы изучить все возможные комбинации, потребовались бы сотни или тысячи мышей.

Напротив, Уинслоу и его коллеги проводили свои эксперименты в течение нескольких месяцев с участием менее двух десятков мышей. «Мы проанализировали больше генотипов опухолей рака легких, чем целое поле за 15 лет», — сказал Уинслоу.

Дикая идея

Команда достигла этого результата с помощью CRISPR-Cas9 — мощного инструмента для редактирования генов, который может легко заменять, изменять или удалять генетические последовательности внутри организмов — для создания множественных генетически различных опухолей в легких отдельных животных. «Мы можем вызвать тысячи клональных опухолей у одной мыши», — сказал Уинслоу.

Однако, чтобы сделать полезные выводы о комбинаторных эффектах различных генных мутаций, ученым необходим точный способ маркировки и отслеживания роста различных опухолей. Здесь снова, обычные методы — которые включали попытки вырезать и сравнивать размеры отдельных опухолей — были недостаточными.

«Мало того, что это было очень медленно, но как выщипать опухоль странной формы или ту, которая прилипла к другой опухоли?» сказал соавтор исследования Ян Уинтерс, аспирант в лаборатории Уинслоу. «Нам нужен был лучший способ количественного определения размеров опухоли».

Решение пришло из неожиданного источника. Дмитрий Петров, биолог-эволюционист из Стэнфорда, который является старшим автором нового исследования, работал с физиком Стэнфорда Дэниелом Фишером и генетиком Гэвином Шерлоком над разработкой штрих-кодирования ДНК как способа исследования быстрой эволюции дрожжей. Когда Петров узнал об экспериментах в группе Уинслоу, он подумал, что эта техника может также работать на мышах.

«Дмитрий такой парень, у которого много диких идей, и сначала мы не думали, что то, что он предлагал, было возможно», — сказал Уинслоу. «Но, подумав об этом пару дней, мы поняли, что, на самом деле, может быть, мы сможем это сделать».

Подсчет штрих-кодов

Идея Петрова заключалась в том, чтобы прикрепить короткие уникальные последовательности ДНК к отдельным опухолевым клеткам в легких мыши. Каждая последовательность функционирует как наследственный генетический штрих-код, и, поскольку каждая раковая семенная клетка делится, превращаясь в опухоль, количество штрих-кодов также увеличивается.

Теперь, вместо того, чтобы кропотливо вырезать отдельные опухоли, ученые могли взять целое раковое легкое, размолоть его, а затем использовать высокопроизводительное секвенирование ДНК и вычислительный анализ, чтобы очень точно определить, насколько велика опухоль путем подсчета как часто всплывают его штрих-коды. Подсчитывая различные штрих-коды, ученые могут сравнивать размеры опухолей количественно, чем это было возможно ранее.

«Это 10 шагов вперед в нашей способности моделировать рак человека», — сказал Петров, профессор Мишель и Кевин Дуглас в Школе гуманитарных и естественных наук. «Теперь мы можем генерировать очень большое количество опухолей с определенными генетическими признаками у одной и той же мыши и отслеживать их рост индивидуально в масштабе и с высокой точностью. Предыдущие методы были на несколько порядков медленнее и намного менее количественными».

Генетическое разнообразие

Сочетание CRISPR-Cas9 и штрих-кодирования ДНК может позволить ученым воспроизвести в лаборатории тот тип генетического разнообразия, который наблюдается у больных раком. «Это преодолевает страх страха перед раком», — сказал Уинтерс. «В течение десятилетий мы знали, что опухоли человека чрезвычайно сложны и отличаются от пациента к пациенту, но как вы на самом деле воссоздаете это, чтобы вы могли изучить его? Это не делается по одному за раз. Теперь мы можем смоделировать 30 разных генетические вариации рака одновременно. «

Одним из поразительных открытий, полученных в результате картографического исследования команды, является то, что многие гены-супрессоры опухолей зависят от контекста, то есть они влияют только на рост рака в присутствии или отсутствии другого гена. «Теперь мы в состоянии понять, как ключевые движущие силы рака взаимодействуют друг с другом, и почему опухоли с одинаковыми мутациями иногда становятся очень большими, а иногда нет», — сказал соавтор исследования Кристофер МакФарланд, доктор наук, работающий в докторантуре. Петровская лаборатория.

Гибридная техника команды также может оказаться полезной для тестирования на рак. Фармацевтические компании могут тестировать лекарство одновременно на тысячах разновидностей опухолей, чтобы определить, какие из них отвечают на лечение, а что не менее важно, а какие нет.

«Мы можем помочь понять, почему целенаправленная терапия и иммунотерапия иногда работают удивительно хорошо у пациентов, а иногда и не дают результатов», — сказал Петров. «Мы предполагаем, что генетическая идентичность опухолей может быть частично ответственной, и у нас наконец есть хороший способ проверить это».

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *