دانشمندان در حال ایجاد یک ژن سریع برای ویرایش یک ژن برای یافتن اثرات جهش های سرطان | اخبار MIT

تومورها می توانند جهش را در صدها ژن مختلف حمل کنند و هر یک از این ژن ها به روش های مختلف قابل جهش هستند – برخی از جهش ها به سادگی یک نوکلئوتید DNA را با دیگری جایگزین می کنند ، در حالی که برخی دیگر بخش های DNA بزرگتر را وارد یا حذف می کنند.

تاکنون هیچ راهی برای نمایش سریع و به راحتی هر یک از این جهش ها در محیط طبیعی خود وجود ندارد تا ببینند چه نقشی می توانند در پیشرفت ، پیشرفت و واکنش درمان تومور بازی کنند. محققان MIT با استفاده از نوع ویرایش ژنوم CRISPR که به عنوان ویرایش اصلی شناخته می شود ، قبلاً راهی برای بررسی این جهش ها را بسیار ساده تر کرده اند.

محققان تکنیک خود را با غربالگری سلول هایی با بیش از 1000 جهش مختلف ژن سرکوبگر تومور p53 نشان داده اند ، که همه در بیماران سرطانی مشاهده شده است. این روش که آسانتر و سریعتر از هر رویکرد موجود است ، و ژنوم را ویرایش می کند و نسخه مصنوعی ژن جهش یافته را معرفی نمی کند ، نشان داد که برخی از جهش های p53 از آنچه قبلاً تصور می شد مضر است.

محققان می گویند این روش همچنین می تواند در بسیاری از سرطانهای دیگر اعمال شود و در نهایت می تواند برای داروی دقیق مورد استفاده قرار گیرد تا تعیین کند که چگونه تومور یک بیمار فردی به یک درمان خاص پاسخ خواهد داد.

فرانسیسکو سانچز-ریورا می گوید: “در یک آزمایش ، شما می توانید هزاران ژنوتی که در بیماران سرطانی مشاهده می شود تولید کنید و بلافاصله آزمایش کنید که آیا یک یا چند مورد از این ژنوتیپ ها نسبت به هر نوع درمانی که شما به استفاده از آن علاقه دارید حساس یا مقاوم هستند.”

ساموئل گولد ، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT نویسنده پیشرو روزنامه است که امروز در آن ظاهر می شود بیوتکنولوژیحرف

سلول های ویرایش

این تکنیک جدید براساس تحقیقاتی است که سانچز-ریورا از 10 سال پیش به عنوان دانشجوی فارغ التحصیل MIT آغاز شد. در آن زمان ، با کار با تایلر جکس ، استاد زیست شناسی دیوید اچ. کچ ، و سپس داستان های Postdoc Paragiannacopoulos ، Sanchez-Rivera راهی برای استفاده از ژنوم CRISPR برای معرفی جهش های ژنتیکی موش های مربوط به سرطان نیش سفید ایجاد کرده بود.

در این مطالعه ، محققان نشان دادند که می توانند ژنهایی را که اغلب در سلولهای تومور ریه ها از بین می روند ، پاک کنند و تومورهای به دست آمده با این جهش ها مشابه تومورهای طبیعی در حال ظهور هستند. با این حال ، این تکنیک اجازه ایجاد جهش های نقطه (جایگزینی یک نوکلئوتید برای دیگری) یا درج را نمی دهد.

سانچز-ریورا می گوید: “در حالی که برخی از بیماران سرطانی در ژنهای خاصی حذف شده اند ، بیشتر جهش هایی که بیماران سرطانی در تومورهای خود دارند شامل جهش نقطه یا درج های کوچک هستند.”

از آن زمان ، دیوید لیو ، استاد گروه شیمی و زیست شناسی شیمیایی دانشگاه هاروارد و عضو مؤسسه اصلی انستیتوی ، فن آوری های جدیدی را برای ویرایش ژنوم ها بر اساس CRISPR ایجاد کرده است که می تواند انواع دیگری از جهش ها را راحت تر ایجاد کند. با ویرایش پایه ای که در سال 2016 توسعه یافته است ، محققان می توانند جهش های نقطه ای را تزریق کنند ، اما همه جهش های نقطه ای ممکن نیست. در سال 2019 ، لیو ، که او نیز نویسنده است بیوتکنولوژی یک مطالعه تکنیکی به نام ویرایش اصلی ایجاد کرد که امکان معرفی هر نوع جهش نقطه ای و همچنین درج و حذف را فراهم می آورد.

سانچز-ریورا می گوید: “ویرایش اصلی تئوری یکی از اصلی ترین چالش ها را با اشکال قبلی ویرایش بر اساس CRISPR حل می کند ، این است که به شما امکان می دهد جهش عملی را طراحی کنید.”

هنگامی که آنها کار خود را روی این پروژه شروع کردند ، سانچز-ریور و گولد محاسبه کردند که در صورت موفقیت ، از ویرایش اصلی می توان برای تولید بیش از 99 درصد از کل جهش های کوچک مشاهده شده در بیماران سرطانی استفاده کرد.

برای انجام این کار ، آنها مجبور بودند راهی برای بهینه سازی کارایی ویرایش سیستم مبتنی بر CRISPR پیدا کنند. کتابچه راهنمای ویرایش RNA اولیه (PEGRNAS) برای هدایت آنزیم های CRISPR برای برش ژنوم در نقاط خاص دارای سطوح مختلف کارایی است که منجر به “نویز” در داده های pegrna می شود که به سادگی جهش هدف صحیح را تولید نمی کنند. تیم MIT با استفاده از سایتهای هدف مصنوعی راهی برای کاهش این سر و صدا ایجاد کرده است تا به آنها در محاسبه چقدر مؤثر کار کند که آزمایش شده است که شما را آزمایش کرده است.

گولد می گوید: “ما می توانیم چندین راهنمای ارجاع RNA را با خصوصیات طراحی مختلف طراحی کنیم و سپس اندازه گیری تجربی از چگونگی مؤثر بودن هر یک از این PEG ها را بدست آوریم.

تجزیه و تحلیل جهش ها

محققان تکنیک خود را با استفاده از p53 ، ژن ای که در بیش از نیمی از کل بیماران سرطانی جهش یافته است ، نشان دادند. از مجموعه داده هایی که شامل اطلاعات توالی بیش از 40،000 بیمار است ، محققان بیش از 1000 جهش مختلف را شناسایی می کنند که می تواند در P53 رخ دهد.

گولد می گوید: “ما می خواستیم روی p53 تمرکز کنیم زیرا این ژن متداول برای سرطان انسان است ، اما فقط متداول ترین گزینه ها در P53 در واقع عمیقاً مورد بررسی قرار گرفته است. گزینه های زیادی در P53 وجود دارد که کم ارزش هستند.”

محققان با استفاده از روش جدید خود ، جهش های p53 را در سلولهای آدنوکارسینوما ریه انسان معرفی کردند ، سپس میزان بقای این سلول ها را اندازه گیری می کنند و به آنها امکان می دهند تا تأثیر هرگونه جهش را بر تناسب اندام سلول تعیین کنند.

در میان اکتشافات آنها ، آنها نشان داده اند که برخی از جهش های P53 رشد سلول را بیش از آنچه قبلاً تصور می شد ، تقویت می کند. این جهش هایی که مانع از تشکیل پروتئین p53 می شوند – مونتاژ چهار پروتئین p53 – قبلاً مورد بررسی قرار گرفته اند ، با استفاده از تکنیکی که شامل درج نسخه های مصنوعی یک ژن p53 جهش یافته در یک سلول است.

این مطالعات نشان داده اند که این جهش ها هیچ مزیتی برای بقای سلولهای سرطانی ندارند. با این حال ، هنگامی که تیم MIT با استفاده از تکنیک جدید ویرایش Prime ، همان جهش ها را معرفی می کند ، دریافتند که این جهش از تشکیل تترام جلوگیری می کند و باعث می شود سلول ها زنده بمانند. بر اساس مطالعات انجام شده با کمک بیش از بیان DNA مصنوعی p53 ، این جهش ها به عنوان خوش خیم طبقه بندی می شوند ، در حالی که کار جدید نشان می دهد که در شرایط طبیعی تر آنها نیستند.

گولد می گوید: “این موردی است که شما می توانید این فنوتیپ های ناشی از انواع را مشاهده کنید فقط در صورتی که گزینه های موجود در متن طبیعی آنها را آگاه می کنید ، نه با این سیستم های فاتح تر.” “این فقط یک نمونه است ، اما این با یک اصل گسترده تر صحبت می کند که ما با استفاده از این فناوری های جدید برای ویرایش ژنوم به زیست شناسی جدید دسترسی خواهیم داشت.”

از آنجا که فعال کردن ژنهای سرکوبگر تومور دشوار است ، داروهای کمی وجود دارد که P53 را هدف قرار می دهد ، اما اکنون محققان قصد دارند جهش های موجود در سایر ژنهای مرتبط با سرطان را بررسی کنند ، به امید یافتن روشهای درمانی بالقوه سرطان که می توانند این جهش ها را هدف قرار دهند. آنها همچنین امیدوارند که این تکنیک روزی بتواند رویکردهای شخصی را برای درمان تومورها فعال کند.

Sanchez-Rivera می گوید: “با ظهور فن آوری های توالی در کلینیک ، ما قادر خواهیم بود از این اطلاعات ژنتیکی برای تطبیق روشهای درمانی برای بیماران مبتلا به تومورهایی که ترکیب ژنتیکی خاصی دارند ، استفاده کنیم.” “این رویکرد ، بر اساس ویرایش اولیه ، پتانسیل تغییر همه چیز را دارد.”

این تحقیق ، تا حدودی توسط انستیتوی ملی علوم پزشکی عمومی ، یک دانشکده علوم MIT در سرطان Reserci ، یک موسسه هوارد هوور هانا خاکستری خاکستری تأمین شد. کمک هزینه پشتیبانی مرکز سرطان سرطان ، مرکز لودویگ در MIT ، برنامه تحقیقاتی مرزی موسسه کوچ از طریق صندوق تحقیقات سرطان کیسی و بنیاد خانواده ، Upstage صندوق تحقیقات سرطان Inara Erdei و کمیته پشتیبانی MIT.