PNAS:用CRISPR/Cas9快速、高效完成癌症研究

　　

生物通报道  利用可用来关闭基因的CRISPR/Cas9系统，来自德国、英国和西班牙的研究人员开发了一种多重筛查方法来研究和模拟小鼠体内的癌症形成。科学家们突变了成年小鼠肝脏中的一些基因，揭示了它们的致癌作用，并确定了哪些基因组合协同作用导致了肝癌。

这一方法快速、高度灵活、高效且可扩展，使得该研究小组能够同时研究许多基因或是检测基因组的大片区域。通过直接在成年小鼠体内操控突变，由此绕过了建立转基因动物，这一方法可更快速地提供结果，并在某些情况下更真实地模仿出在人类癌症中运行的生物学过程。

癌症是一种DNA疾病，在癌细胞中形成了数百或数千的突变，使得DNA测序工作将致癌突变及作为癌症形成附带后果的“乘客”突变区分开来变得困难重重。此外，许多癌症基因难以通过测序发现，因为它们不发生突变，而是在癌症中通过其他方式失调控。确定正常细胞中的突变基因功能及了解它们的突变致癌的机制是一个重大的挑战。

CRISPR/Cas9使得研究人员能够靶向基因组中任意位置的突变，关闭一个或几个基因。但在模型生物中应用这一技术仍然处于起步阶段（延伸阅读：Nature Methods：提高Cas9靶向范围和精度的突破性技术）。在这项研究中，研究小组利用CRISPR/Cas9在成年小鼠肝细胞中造成了一些突变来触发肝癌形成。每年新增病例达80万例，肝癌是全球第6大最常见的癌症。

论文作者、Wellcome Trust Sanger研究所的Mathias Friedrich博士说：“我们认为，通过利用CRISPR/Cas9在成体肝细胞中直接进行靶向突变，我们可以更好地研究及了解这一重要癌症的生物学。其他在小鼠体内操控突变的方法，如干细胞操控，受到过程艰辛，时间较长及需要大量动物等因素的限制。相比于许多‘经典’小鼠模型，我们的方法能够更好地模拟人类癌症生物学的一些重要方面：因为在大多数人类癌症中，突变存在于成人体内，且只影响少数的细胞。”

该研究小组开发出了一个包含多达18个基因的列表，这些基因分别有或无证据表明它们在两种形式的肝癌中起重要作用。他们导入了靶向各种基因组合的CRISPR/Cas9分子到小鼠体内。在数月内这些小鼠形成了肝癌或胆管癌。

德国海德堡癌症研究中心及慕尼黑工业大学项目负责人Roland Rad教授说：“我们的方法使得我们能够同时靶向单个细胞中的多个预测基因。我们现在可以快速及有效地筛查出哪些基因是致癌基因，哪些则不是。我们还可以研究基因协同作用致癌的机制——这是我们了解及攻克这一疾病必须要解开的一个至关重要的谜题。”

这一方法证实一组称作为ARID蛋白影响了染色体组织，对于肝癌形成极为重要。发现了第二种蛋白TET2突变是胆管癌的病因：尽管在人类胆管癌中未发现TET2突变，与之互作的蛋白却被发现有突变，表明了CRISPR/Cas9方法可鉴别出不发生突变，其功能被其他事件所扰乱的人类癌症基因。

Sanger 研究所名誉主任、高级课题组负责人Allan Bradley 教授说：“新工具可靶向组合基因，在染色体中诱导出插入或缺失，改变了我们鉴别新致癌基因及了解它们在癌症中作用的能力。我们的结果表明，这一方法在肝癌中可行且有效；我们现在将继续研究我们的新发现，并尝试将这一方法扩展至其他的癌症类型。”

研究小组的CRISPR/Cas9方法还有望用于生物学探索基因组沙漠——似乎丧失了基因的人类基因组区域。近期的一些研究，如ENCODE计划表明，如果不是基因，便是一些影响基因活性的调控区域定位在了这些沙漠中。

Roland Rad 说：“肝癌有许多的DNA改变存在于一些缺乏基因的区域：我们不知道哪些对这一疾病重要。我们证实现在可以删除这样的区域来系统地确定它们在肝癌形成中所起的作用。”

研究小组的新方法将使得他们能够利用CRISPR/Cas9来删除其他的基因组沙漠，研究它们的重要性及探讨对细胞、组织和动物生物学的影响。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Weber J, Öllinger R et al. (2015) CRISPR/Cas9 somatic multiplex-mutagenesis for high-throughput functional cancer genomics in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences (2015) www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1512392112