MIT araştırmacıları, fare modellerinde kanserle ilgili spesifik mutasyonlar tasarlamak için CRISPR genom düzenleme teknolojisini kullanarak hızlı ve hassas bir teknik geliştirdiler. Bu adım, ilaç geliştirmeyi ve tümör gelişiminin anlaşılmasını önemli ölçüde ilerletebilir. p53 (mavi), kanser oluşumunu önlemeye yardımcı olmak için DNA’ya (pembe) bağlanır.
Yeni yöntemle, bilim adamları, rolleri bilinmeyen birçok kanser mutasyonunu keşfederek, yeni ilaçlar geliştirmelerine yardımcı olabilir. bu mutasyonları hedefleyin.
MIT bilim adamları, CRISPR genom düzenleme teknolojisini kullanarak kanserle ilgili belirli mutasyonları fare modellerine dönüştürmek için yeni bir yöntem geliştirerek kanser araştırmalarını ilerletti. Bu teknik, çeşitli organlarda kansere neden olan gen Kras’ın çoklu mutasyonlarının modellerini tasarlamak için kullanılmıştır. Hızlı ve kesin yöntem, kansere bağlı tek bir mutasyona sahip fareleri üretmek ve analiz etmek için aylar veya yıllar süren zahmetli geleneksel yaklaşımı atlıyor. Ayrıca, araştırmacılar tekniğin herhangi bir kanser mutasyonuna uygulanabileceğini umuyorlar. Bu nedenle, bu güçlü araç, bu mutasyonları hedefleyen yeni ilaçları belirleme ve test etme ve bunların tümör gelişimi üzerindeki belirgin etkilerini anlama potansiyeli sağlar.
Kanser hastalarında yapılan genomik araştırmalar, tümör gelişimiyle bağlantılı binlerce mutasyonu ortaya çıkardı. Ancak, bu mutasyonların büyük çoğunluğu için araştırmacılar, bunların kansere nasıl katkıda bulunduğundan emin değiller çünkü onları hayvan modellerinde incelemenin kolay bir yolu yok.
Bilim adamlarının bu kadar uzun süre içinde bir iz bırakmasına yardımcı olabilecek bir gelişme. MIT araştırmacıları, keşfedilmemiş mutasyonların bir listesini kullanarak, kansere bağlı belirli mutasyonları kolayca fare modellerine dönüştürmenin bir yolunu geliştirdiler.
Araştırmacılar, CRISPR genom düzenleme teknolojisine dayanan bu tekniği kullanarak, çeşitli mutasyonların modellerini oluşturdular. kansere neden olan Kras geninin farklı organlarda farklı mutasyonları. Bu tekniğin, tanımlanmış neredeyse tüm diğer kanser mutasyonları için de kullanılabileceğine inanıyorlar.
Bu tür modeller, araştırmacıların bu mutasyonları hedefleyen yeni ilaçları belirlemesine ve test etmesine yardımcı olabilir.
“Bu, üyesi David H. Koch Biyoloji Profesörü Tyler Jacks, bozulmamış bir hayvanda esasen herhangi bir ilgi mutasyonunun etkilerini ve önceki yöntemler için gereken sürenin çok daha kısa bir kısmını incelemek için dikkate değer derecede güçlü bir araçtır” diyor. MIT’de Koch Bütünleştirici Kanser Araştırmaları Enstitüsü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarlarından biri.
MIT’de biyoloji alanında yardımcı doçent ve Koch Enstitüsü üyesi olan Francisco Sánchez-Rivera ve David Liu, Harvard Üniversitesi Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü’nden profesör ve Broad Institute’un çekirdek enstitü üyelerinden biri de 11 Mayıs’ta Nature Biotechnology’de yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarlarıdır.
Zack Ely PhD ’22 , eski bir MIT lisansüstü öğrencisi ve şu anda MIT’de misafir bilim insanı olan MIT lisansüstü öğrencisi Nicolas Mathey-Andrews, makalenin baş yazarlarıdır.
Daha hızlı düzenleme
Kanser ilaçlarını farede test etme modeller, insan klinik deneylerine girecek kadar güvenli ve etkili olup olmadıklarını belirlemede önemli bir adımdır. Son 20 yılda araştırmacılar, tümör baskılayıcı genleri silerek veya kanseri teşvik eden genleri aktive ederek fare modelleri oluşturmak için genetik mühendisliğini kullandılar. Bununla birlikte, bu yaklaşım emek yoğundur ve kansere bağlı tek bir mutasyona sahip fareler üretip analiz etmek için birkaç ay hatta yıl gerektirir.
“Bir yüksek lisans öğrencisi, bütün bir doktorasını tek bir mutasyon için bir model oluşturma etrafında inşa edebilir. diyor Ely. “Geleneksel modellerle, Kanser Genomu Atlası ile keşfettiğimiz tüm mutasyonlara yetişmek için sahanın onlarca yıl geçmesi gerekirdi.”
2010’ların ortalarında araştırmacılar, Kanserli mutasyonları daha kolay hale getirmek için CRISPR genom düzenleme sistemi. Bu çalışmanın bir kısmı Jacks’in laboratuvarında yapıldı. Sánchez-Rivera (o zamanlar bir MIT yüksek lisans öğrencisiydi) ve meslektaşları, CRISPR’yi kullanarak tümörlerde sıklıkla kaybolan genleri hızlı ve kolay bir şekilde ortadan kaldırabileceklerini gösterdi. Ancak bu yaklaşım, genleri devre dışı bırakmayı kolaylaştırsa da, bir gene yeni mutasyonlar eklemeye uygun değildir çünkü hücrenin hatalara neden olma eğiliminde olan DNA onarım mekanizmalarına dayanır.
İlham veren: Liu’nun Broad Institute’daki laboratuvarında yapılan bir araştırmaya göre MIT ekibi, onkogenlere (kansere yol açan genler) veya tümör baskılayıcılara çok hedefli mutasyonlar yapmalarına izin verecek daha hassas gen düzenlemesi gerçekleştirmenin bir yolunu bulmak istedi.{4 }
2019’da Liu ve meslektaşları, birincil düzenleme adı verilen CRISPR genom düzenlemenin yeni bir sürümünü bildirdi.Bu füzyon enzimi, DNA sarmalının yalnızca bir sarmalını keserek, hücre DNA’yı onarırken hatalara yol açabilecek çift sarmallı DNA kırılmalarının oluşmasını önler.
MIT araştırmacıları, yeni fare modellerini, geni tasarlayarak tasarladılar. ana düzenleyici enzim için farelerin germ hattı hücrelerine girer, bu da organizmanın her hücresinde mevcut olacağı anlamına gelir. Kodlanmış ana düzenleyici enzim, hücrelerin bir RNA dizisini genoma dahil edilen DNA’ya kopyalamasına izin verir. Bununla birlikte, ana düzenleyici geni, Cre rekombinaz adı verilen belirli bir proteinin verilmesiyle etkinleştirilene kadar sessiz kalır.
Ana düzenleme sistemi fare genomuna kurulu olduğundan, araştırmacılar, fare genomuna Cre rekombinaz enjekte ederek tümör büyümesini başlatabilir. Cas9 nickazı hücrelerin genomunda belirli bir düzenleme yapmaya yönlendiren bir kılavuz RNA ile birlikte bir kanser mutasyonunun ifade edilmesini istedikleri doku. RNA kılavuzu, belirli bir gende tekli DNA bazlı ikameleri, silmeleri veya eklemeleri tetikleyecek şekilde tasarlanabilir ve böylece araştırmacıların istedikleri herhangi bir kanser mutasyonunu oluşturmalarına olanak tanır.
Modelleme mutasyonları
Bu tekniğin potansiyelinden yararlanan araştırmacılar, neredeyse tüm pankreas adenokarsinomları da dahil olmak üzere tüm insan kanserlerinin yaklaşık yüzde 30’unu yönlendiren Kras genine birkaç farklı mutasyon tasarladılar. Ancak, tüm Kras mutasyonları aynı değildir. Birçok Kras mutasyonu, glisin amino asidinin bulunduğu G12 olarak bilinen bir yerde meydana gelir ve mutasyona bağlı olarak bu glisin birkaç farklı amino asitten birine dönüştürülebilir.
Araştırmacılar dörtlü modeller geliştirdiler. akciğer kanserinde bulunan farklı Kras mutasyon türleri: G12C, G12D, G12R ve G12A. Şaşırtıcı bir şekilde, bu modellerin her birinde üretilen tümörlerin çok farklı özelliklere sahip olduğunu keşfettiler. Örneğin, G12R mutasyonları büyük, agresif akciğer tümörleri üretirken, G12A tümörleri daha küçüktü ve daha yavaş ilerliyordu.
Bu mutasyonların tümör gelişimini nasıl farklı şekilde etkilediği hakkında daha fazla bilgi edinmek, araştırmacıların farklı mutasyonların her birini hedefleyen ilaçlar geliştirmesine yardımcı olabilir. . Şu anda, Kras mutasyonlarını hedef alan yalnızca iki FDA onaylı ilaç vardır ve her ikisi de akciğer kanserinde görülen Kras mutasyonlarının yaklaşık yüzde 30’unu oluşturan G12C mutasyonuna özgüdür.
Araştırmacılar ayrıca, tümör baskılayıcı gen p53’te birkaç farklı mutasyon tipine sahip pankreatik organoidler yaratma teknikleri ve şimdi bu mutasyonların fare modellerini geliştiriyorlar. Ayrıca, Kras inhibitörlerine direnç kazandırmaya yardımcı olan diğer mutasyonların yanı sıra ek Kras mutasyonlarının modellerini oluşturmak üzerinde çalışıyorlar.
“Bizi heyecanlandıran şeylerden biri, Kras mutasyonları da dahil olmak üzere mutasyon kombinasyonlarına bakmaktır. Mathey-Andrews, “Dirençle ilişkili mutasyonlarla birlikte tümörijenezi yönlendirir” diyor. “Bunun bize yalnızca mutasyonun dirence neden olup olmadığı konusunda değil, dirençli bir tümörün neye benzediği konusunda da bir fikir vermesini umuyoruz?”
Araştırmacılar, genomlarına işlenmiş ana düzenleme sistemine sahip fareler yaptı. Jackson Laboratuvarı’nda bir havuz ve diğer laboratuvarların bu tekniği kendi kanser mutasyonları çalışmalarında kullanmaya başlayacaklarını umuyorlar.
Referans: “İn vivo olarak geniş bir somatik mutasyon yelpazesini modellemek için bir ana düzenleyici fare ” yazan Zackery A. Ely, Nicolas Mathey-Andrews, Santiago Naranjo, Samuel I. Gould, Kim L. Mercer, Gregory A. Newby, Christina M. Cabana, William M. Rideout III, Grissel Cervantes Jaramillo, Jennifer M. Khirallah, Katie Holland, Peyton B. Randolph, William A. Freed-Pastor, Jessie R. Davis, Zachary Kulstad, Peter M. K. Westcott, Lin Lin, Andrew V. Anzalone, Brendan L. Horton, Nimisha B. Pattada, Sean-Luc Shanahan, Zhongfeng Ye, Stefani Spranger, Qiaobing Xu, Francisco J. Sánchez-Rivera, David R. Liu ve Tyler Jacks, 11 Mayıs 2023, Nature Biotechnology.
DOI: 10.1038/s41587-023-01783-y{7 }
Araştırma, MIT’deki Ludwig Merkezi, Ulusal Kanser Enstitüsü, Howard Hughes Tıp Enstitüsü Hanna Gray Bursu, V Kanser Araştırma Vakfı, Koch Enstitüsü Öncü Ödülü, MIT Araştırma Destek Komitesi tarafından finanse edilmiştir. , Helen Hay Whitney Doktora Sonrası Bursu, David H. Koch Lisansüstü Burs Fonu, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Lustgarten Pankreas Kanseri Araştırma Vakfı.
Makalenin diğer yazarları arasında Santiago Naranjo, Samuel Gould, Kim Mercer, Gregory Newby, Christina Cabana, William Rideout, Grissel Cervantes Jaramillo, Jennifer Khirallah, Katie Holland, Peyton Randolph, William Freed-Pastor, Jessie Davis, Zachary Kulstad, Peter Westcott, Lin Lin, Andrew Anzalone, Brendan Horton, Nimisha Pattada , Sean-Luc Shanahan, Zhongfeng Ye, Stefani Spranger ve Qiaobing Xu.
.