CRISPR筛选鉴定新的胶质母细胞瘤靶标和抗性基因

加拿大的科学家们已经使用CRISPR-Cas9技术来识别胶质母细胞瘤(GBM)的潜在新靶点，这是成人中最常见的原发性脑肿瘤类型。该方法使用基因组编辑通过基因有效地逆转患者衍生的肿瘤增殖的胶质母细胞瘤干细胞(GSCs)基因，并鉴定对肿瘤生长必不可少的基因。除了突出显示许多可能的胶质母细胞瘤靶标外，这些研究还提供了对胶质母细胞瘤对替莫唑胺(TMZ)化疗耐药基础的新见解，以及联合治疗的潜在策略。

“这是同类研究中的首批研究之一，其中CRISPR筛选直接在多个新鲜分离的患者细胞中进行，”评论研究共同负责人StéphaneAngers博士，Leslie Dan大学药学院教授多伦多。“这项研究提供了大量的新信息，研究界现在可以通过这些信息来帮助设计新的治疗策略。”Angers与多伦多大学Leslie Dan药学院的博士后研究员Graham MacLeod一起，多伦多大学，病童医院和卡尔加里大学的同事们在Cell Reports上的一篇开放获取论文中报道了他们的发现，该报告的标题是“全基因组CRISPR-Cas9筛选揭示了胶质母细胞瘤干细胞中替莫唑胺敏感性的遗传易感性和机制。“

作者解释说，胶质母细胞瘤在患者之间表现出显着的异质性，但也在同一患者中表现出异质性。这种变化加上“完全缺乏对治疗的持久反应”意味着GBM具有“令人沮丧的总体预后。”甚至替莫唑胺，代表了这种肿瘤类型的最新化疗形式，证明了研究人员称之为“非常有限”的内容。功效。“这些胶质母细胞瘤干细胞也对治疗有抵抗力，这也是这些肿瘤难以治愈的原因之一，”医学儿童医院研究联合负责人，神经外科医生和资深科学家Peter Dirks博士指出。“如果我们要给人们更好的生存机会，我们需要新的方法来破坏这些细胞。

“事实上，需要更全面地了解这种异质性癌症的生长和药物反应性的分子决定因素，以确定新的潜在治疗方法，并提供可与TMZ合作的新策略，TMZ现已确立在GBM治疗的前期，”该团队表示。

科学家们认为GBM的增长是由肿瘤内的少量干细胞驱动的，而患者来源GSCs的培养系统使科学家能够更深入地研究GBM的基础和进展。“重要的是，这些GSC培养物可靠地保留了患者特异性的表型和基因型特征，”包括它们的体内致瘤能力和生长行为，“研究人员评论道。CRISPR基因编辑工具还可用于执行“细胞适应性筛选”，其识别控制细胞增殖的“核心”和“背景特异性”必需/适合性基因。

鉴于患者之间GBM的异质性，多伦多大学领导的团队在10种独特的患者衍生的GSC培养物中进行了平行的全基因组CRISPR筛选，以试图鉴定细胞生长和存活的分子基础。该方法基本上涉及从每个患者样本中一次一个地系统地敲除20000个基因中的每一个，以观察对肿瘤生长和存活的影响。他们将来自GSC筛选的数据与来自两个正常人胎儿神经干细胞培养物的平行筛选的数据进行比较。进行单独的化学基因组学筛选以鉴定涉及肿瘤对TMZ的抗性的这些基因和组合疗法的潜在策略。

“癌症干细胞可以促进肿瘤的生长和疾病的进展，”昂热说。“为了有效地靶向这些细胞，全面了解控制生长计划的基因是至关重要的。如果您知道哪些基因是这些细胞存活和增殖所必需的，那么您可以研究攻击或阻断这些基因并阻止肿瘤生长的方法。“

结果突出了SOX转录因子家族成员，SOCS3，USP8和DOT1L，以及蛋白质ufmylation途径基因对GSC生长和适应性的重要性。作者写道：“尽管存在固有的肿瘤内异质性且无论患者的肿瘤基因型如何，但常见的GSC适应基因的鉴定提供了对GBM潜在生物学的深入了解，并确定了临床前评估的潜在途径。”

在10种培养物中的7种中发现DOT1L对于肿瘤持续存在是必需的。与卡尔加里大学教授Samuel Weiss博士合作进行的临床前模型的其他研究表明，用于治疗白血病的药物可以抑制GSC中的DOT1L基因产物。“我们发现，在这种特殊形式的脑癌中阻断这种特定蛋白质可以减少肿瘤生长，从而延长临床前模型的生存期，”Angers说。“这是有希望的，因为它揭示了一种生物过程，以前没有被怀疑与胶质母细胞瘤有关，因为已经存在一种小分子药物。”

筛选还确定了多种应激信号通路对于GSC的生长至关重要，该团队认为这是一个特别“令人兴奋的发现”。“与先前的研究一起，这支持进一步研究针对GBM的JNK信号传导的治疗策略的有效性。 ，“ 他们写。“尽管GBM中的患者间异质性，但GSC生长和存活的常见基本计划的发现使我们希望我们能够开发出可用于更大的GBM患者群体的疗法，患者特异性脆弱性提供了互补的个性化策略。”

该团队在患者衍生的GBM培养物中分别进行了额外的CRISPR-Cas9筛选，以鉴定涉及TMZ固有抗性的基因。他们的研究结果突出了参与Fanconi贫血途径的基因，这是一个涉及DNA修复和DNA复制等过程的生化网络，并且还鉴定了参与碱基切除修复和核苷酸切除修复的基因，尽管并非所有基因都保守所有基因。 GSC文化。

“总之，我们在源自患者的GSC培养物中的全基因组CRISPR筛选鉴定了多种遗传易感性，并含有大量数据，可以进一步开采以确定GBM的药物靶点，”作者总结道。“未来的研究将寻求确定这些基因和途径调节GSC的适应性和/或化学敏感性的确切机制，以及它们是否有助于体内疾病的进展。”