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近日,來自耶魯大學(Yale University)系統(tǒng)生物學研究所的 Sidi Chen 教授團隊與瑞士的 Randall Platt 教授課題組合作,用 CRISPR 技術,成功找到了導致膠質母細胞瘤的關鍵基因突變。這項研究發(fā)表在了《自然》子刊《Nature Neuroscience》上。
膠質母細胞瘤是一種惡性腦腫瘤,極難治療。據(jù)估計,在確診后,約一半的患者只能活上 1-1.5 年。不幸的是,我們非但沒有治療這種疾病的好方法,甚至連它背后的原因都沒有摸清。目前,生物學家們知道有超過 223 條基因和這個疾病有關。但我們不知道哪幾條基因,或者是哪些基因的組合會導致這些癌癥。這也是 Chen 教授團隊的研究重點。
在耶魯大學,Chen 教授的研究重點在于開發(fā)新型工具,并將它們應用于下一代的癌癥遺傳學、基因組學、以及系統(tǒng)生物學。這些工具有助于解決癌癥病發(fā)、進展、轉移等一系列問題,并可以為潛在的治療方案提供洞見。
為了尋找到會導致膠質母細胞瘤的基因突變,Chen 教授團隊利用 CRISPR 基因編輯技術,開發(fā)了一種全新的篩選手段。首先,他們在數(shù)據(jù)庫中找到了人類腦癌中常見的基因突變,并由此構建了一套 sgRNA 庫,用于 CRISPR 編輯。隨后,他們使用了腺相關病毒(AAV)技術,將這些能突變特定基因的系統(tǒng)引入到了小鼠腦內。之后,他們觀察這些小鼠是否會出現(xiàn)膠質母細胞瘤的癥狀。由這些發(fā)病的小鼠,研究人員能反推出哪些基因突變會誘發(fā)這種致命腦瘤。
如他們所料,不少小鼠都出現(xiàn)了膠質母細胞瘤。對于這些大腦組織的后續(xù)測序分析,研究人員們發(fā)現(xiàn)一些基因突變特別常見。Pten、Nf1、B2m、Trp53 等參與到細胞周期、免疫調控、以及 DNA 修復與復制的基因,突變的頻率更是要超過 70%.這些結果表明了這些基因在膠質母細胞瘤的病發(fā)中或許起到了關鍵作用。
由于 CRISPR 技術的高效和精準,研究人員能夠一次讓多條基因產(chǎn)生突變。這也讓他們得以分析不同的基因突變組合在膠質母細胞瘤里的影響。在分析中,研究人員一共評估了超過 1500 種突變組合。其中,B2m–Nf1、Mll3–Nf1、以及 Zc3h13–Rb1 這些基因組合被認為是誘發(fā)腦瘤的主要共同驅動因素。
除了找到潛在的致癌因素外,這項研究還為治療提供了洞見。研究人員想要知道,這些基因突變是否會影響腦瘤的治療。因此,他們?yōu)椴煌耐蛔冃∈筮M行了替莫唑胺(temozolomide)化療,觀察這些小鼠的治療成效。實驗發(fā)現(xiàn),帶有 Zc3h13 或 Pten 突變的小鼠,對化療的反應尤其差。這或許能為膠質母細胞瘤的治療提供新思路——如果患者體內帶有這些突變,醫(yī)生就應當考慮化療外的治療方案。
“我們已經(jīng)對人類癌癥基因組進行了測序,有數(shù)千個新基因突變和癌癥聯(lián)系到了一起。但是之前還很難證明哪些基因,或者哪些基因組合真正導致了癌癥,”Chen 教授說:“如今,我們能利用這些信息,來決定哪些藥物最有可能對單獨的患者帶來好的療效。這離個體化癌癥治療又近了一步。”
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