《自然生物技术》：结合了两种CRISPR-Cas方法，破译基因变异是否会导致癌症

苏黎世联邦理工学院的研究人员将两种基因编辑方法结合在一起。这使他们能够快速调查许多基因突变在癌症发展和治疗中的意义。

　　

近年来，科学家们创造了一系列基于CRISPR-Cas技术的新方法，用于精确编辑生物体的遗传物质。其中一个应用是细胞疗法：可以对患者的免疫细胞进行特异性的重新编程，从而更有效地对抗癌症。

苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的研究人员现在发现了这些新型CRISPR-Cas方法的进一步应用：由联邦理工学院教授Randall Platt领导的研究人员正在使用它们来破译细胞基因组突变如何影响其功能。例如，肿瘤细胞中的DNA构建块序列与健康细胞中的不同。通过这种新方法，研究人员可以在培养皿中产生数万个具有不同基因变异的细胞。然后，他们可以破译出哪些变异导致了癌症的发展，哪些变异使癌细胞对标准药物产生了抗药性。

结合两种方法

科学家已经有能力对细胞基因组进行个体改变。但ETH研究人员的项目计划要复杂得多：他们以超过50,000种不同的方式修改了两种人类细胞系中的一个基因，从而创造了相应的大量不同的细胞变体，然后测试了这些细胞的功能。为了证明他们的概念，他们研究了EGFR基因，该基因对各种癌症的发展至关重要，包括肺癌、脑癌和乳腺癌。

Platt和他的团队结合了两种CRISPR-Cas方法，产生了大量这种基因的变体。这两种方法都是近年来由美国麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发的，都有各自的优点和缺点。其中一种方法是碱基编辑，它允许对DNA的单个构建块（称为碱基）进行非常容易和可靠的修改。然而，碱基编辑的可能性是有限的：它通常可以将DNA碱基C与碱基T交换，或将A与G交换。

数万个细胞发生了变化

研究人员使用的第二种方法是prime editing（先导编辑）。从理论上讲，这种方法非常强大：类似于文字处理程序的“搜索和替换”功能，它可以有针对性地改变遗传密码的单个序列。“我们可以用它来交换任何DNA碱基。或者我们可以在基因组中插入三个或十个碱基，或者删除相同数量的碱基，”普拉特说。“原则上，你可以用它做任何你想做的事情。”

然而，主要编辑并不可靠。这使得使用它来创建一个由数万个不同修饰的细胞组成的完整库，然后进行筛选变得困难。普拉特和他的团队现在已经做到了这一点。

对肿瘤学很重要

具有不同基因变异的细胞池对研究至关重要。这是因为肿瘤学家越来越多地分析病人肿瘤细胞的基因信息。这些信息通常会给他们提供线索，告诉他们哪种药物可能对个别病人有效。

近年来，科学家们已经建立了数据库，其中包含了在患者身上发现的数千种不同的基因变异。对于其中大约一半的变体，数据库还包含对其影响的详细描述。对于另一半，我们所知道的是它们发生在病人身上；目前尚不清楚它们对癌症的发展或治疗有什么影响，如果有的话。科学家称这些为“意义不确定的变异”。如果医生在病人身上发现了这样的基因变异，这些信息对他们来说就没什么用了。

研究人员确信，获得更多关于这些变异的信息将使肿瘤学受益匪浅。这就是为什么他们试图在实验室中产生具有这些基因变异的细胞，这样他们就可以分析这些细胞的功能。近年来，研究人员为这种可能性做了大量的准备工作。他们已经可以选择使用碱基编辑作为一种方法，但问题是仅使用碱基编辑是不够的。普拉特小组的博士生奥利维尔·贝利（Olivier Belli）和该研究的第一作者、硕士生凯拉瓦（Kyriaki Karava）解释说：“它只能让你产生大约十分之一的这些变体。”

新发现的相关变体

为了系统地生成具有几乎所有可能的EGFR基因相关变异的细胞，Platt和他的团队首先确定了该基因中与癌症相关的区域。在这些区域中，突变要么导致健康细胞转变为癌细胞，要么使癌细胞变得耐药，或者相反，对药物敏感。由于不可能使用碱基编辑来创建所有这些基因变体，因此研究人员采用了另一种方法，即引物编辑。

最后，研究人员分析了这些细胞。对于十种EGFR基因变异，其对癌症进展的影响以前是不确定的，现在他们已经能够提供证据，证明它们是重要的，并描述了它：其中一些变异可能在癌症的发病中起作用，而其他的可能使其对某些药物产生耐药性。在这项研究过程中，ETH的研究人员还发现了一种潜在的新机制，通过这种机制，EGFR基因的突变可以导致癌症。此外，他们还发现了六种基因变异，它们似乎在癌症中起作用，但从未被描述过——换句话说，是全新的、相关的基因变异。

EGFR基因只是数百个与癌症相关的人类基因之一。这种新的研究方法现在已经准备好解码所有其他基因中不确定意义的变异。