Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Οι όγκοι μπορούν να φέρουν μεταλλάξεις σε εκατοντάδες διαφορετικά γονίδια και καθένα από αυτά τα γονίδια μπορεί να μεταλλαχθεί με διαφορετικούς τρόπους – ορισμένες μεταλλάξεις απλώς αντικαθιστούν ένα νουκλεοτίδιο DNA με ένα άλλο, ενώ άλλες εισάγουν ή διαγράφουν μεγαλύτερα τμήματα DNA. Μέχρι τώρα, δεν υπήρχε τρόπος γρήγορης και εύκολης εξέτασης καθεμιάς από αυτές τις μεταλλάξεις στο φυσικό τους περιβάλλον για να δούμε τι ρόλο μπορεί να διαδραματίσουν στην ανάπτυξη, την εξέλιξη και την απόκριση στη θεραπεία ενός όγκου.
Χρησιμοποιώντας μια παραλλαγή της επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR, γνωστή ως πρωταρχική επεξεργασία, οι ερευνητές του MIT έχουν τώρα βρει έναν τρόπο να ελέγξουν αυτές τις μεταλλάξεις πολύ πιο εύκολα. Οι ερευνητές απέδειξαν την τεχνική τους ελέγχοντας κύτταρα με περισσότερες από 1.000 διαφορετικές μεταλλάξεις του ογκοκατασταλτικού γονιδίου p53, οι οποίες όλες έχουν παρατηρηθεί σε ασθενείς με καρκίνο.
Αυτή η μέθοδος, η οποία είναι ευκολότερη και ταχύτερη από οποιαδήποτε υπάρχουσα προσέγγιση, και επεξεργάζεται το γονιδίωμα αντί να εισάγει μια τεχνητή έκδοση του μεταλλαγμένου γονιδίου, αποκάλυψε ότι ορισμένες μεταλλάξεις του p53 είναι πιο επιβλαβείς από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτή η τεχνική θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί σε πολλά άλλα καρκινικά γονίδια, λένε οι ερευνητές, και θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί για ιατρική ακριβείας, για να καθοριστεί πώς ο όγκος ενός ασθενούς θα ανταποκριθεί σε μια συγκεκριμένη θεραπεία.
«Σε ένα πείραμα, μπορείτε να δημιουργήσετε χιλιάδες γονότυπους που εμφανίζονται σε ασθενείς με καρκίνο και να ελέγξετε αμέσως εάν ένας ή περισσότεροι από αυτούς τους γονότυπους είναι ευαίσθητοι ή ανθεκτικοί σε οποιοδήποτε είδος θεραπείας που σας ενδιαφέρει να χρησιμοποιήσετε», λέει ο Francisco Sanchez- Rivera, επίκουρος καθηγητής βιολογίας του MIT, μέλος του Ινστιτούτου Koch για την Ολοκληρωτική Έρευνα για τον Καρκίνο και ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. Ο μεταπτυχιακός φοιτητής του MIT Samuel Gould είναι ο κύριος συγγραφέας της εργασίας, η οποία εμφανίζεται σήμερα στο Nature Biotechnology.
Επεξεργασία κυττάρων
Η νέα τεχνική βασίζεται στην έρευνα που ξεκίνησε ο Sanchez-Rivera πριν από 10 χρόνια ως μεταπτυχιακός φοιτητής του MIT. Εκείνη την εποχή, σε συνεργασία με τον Tyler Jacks, τον καθηγητή Βιολογίας David H. Koch και τον τότε μεταδιδακτορικό Thales Papagiannakopoulos, ο Sanchez-Rivera ανέπτυξε έναν τρόπο να χρησιμοποιεί την επεξεργασία γονιδιώματος CRISPR για να εισάγει σε ποντίκια γενετικές μεταλλάξεις που συνδέονται με τον καρκίνο του πνεύμονα.
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές έδειξαν ότι μπορούσαν να διαγράψουν γονίδια που συχνά χάνονται στα κύτταρα όγκου του πνεύμονα και οι όγκοι που προέκυψαν ήταν παρόμοιοι με τους φυσικούς όγκους με αυτές τις μεταλλάξεις. Ωστόσο, αυτή η τεχνική δεν επέτρεψε τη δημιουργία σημειακών μεταλλάξεων (αντικαταστάσεις ενός νουκλεοτιδίου με άλλο) ή παρεμβολών. «Ενώ ορισμένοι ασθενείς με καρκίνο έχουν διαγραφές σε ορισμένα γονίδια, η συντριπτική πλειονότητα των μεταλλάξεων που έχουν οι καρκινοπαθείς στους όγκους τους περιλαμβάνουν επίσης σημειακές μεταλλάξεις ή μικρές παρεμβολές», λέει ο Sanchez-Rivera.
Έκτοτε, ο David Liu, καθηγητής στο Τμήμα Χημείας και Χημικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ και βασικό ινστιτούτο μέλος του Broad Institute, έχει αναπτύξει νέες τεχνολογίες επεξεργασίας γονιδιώματος με βάση το CRISPR που μπορούν να δημιουργήσουν επιπλέον τύπους μεταλλάξεων πιο εύκολα.
Με τη βασική επεξεργασία, που αναπτύχθηκε το 2016, οι ερευνητές μπορούν να σχεδιάσουν σημειακές μεταλλάξεις, αλλά όχι όλες τις πιθανές σημειακές μεταλλάξεις. Το 2019, ο Liu, ο οποίος είναι επίσης συγγραφέας της μελέτης Nature Biotechnology, ανέπτυξε μια τεχνική που ονομάζεται αρχική επεξεργασία, η οποία επιτρέπει την εισαγωγή κάθε είδους σημειακής μετάλλαξης, καθώς και εισαγωγές και διαγραφές.
“Η βασική επεξεργασία στη θεωρία επιλύει μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις με προηγούμενες μορφές επεξεργασίας που βασίζονται στο CRISPR, η οποία είναι ότι σας επιτρέπει να σχεδιάσετε σχεδόν οποιοδήποτε είδος μετάλλαξης”, λέει ο Sanchez-Rivera. Όταν άρχισαν να εργάζονται σε αυτό το έργο, οι Sanchez-Rivera και Gould υπολόγισαν ότι εάν εκτελεστεί επιτυχώς, η αρχική επεξεργασία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει περισσότερο από το 99% όλων των μικρών μεταλλάξεων που παρατηρήθηκαν σε ασθενείς με καρκίνο.
Ωστόσο, για να το επιτύχουν αυτό, έπρεπε να βρουν έναν τρόπο να βελτιστοποιήσουν την απόδοση επεξεργασίας του συστήματος που βασίζεται στο CRISPR. Οι κύριοι οδηγοί επεξεργασίας RNA (pegRNA) που χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν τα ένζυμα CRISPR για να κόψουν το γονιδίωμα σε ορισμένα σημεία έχουν διαφορετικά επίπεδα αποτελεσματικότητας, γεγονός που οδηγεί σε “θόρυβο” στα δεδομένα από τα pegRNA που απλώς δεν δημιουργούν τη σωστή μετάλλαξη στόχο.
Η ομάδα του MIT επινόησε έναν τρόπο για να μειώσει αυτόν τον θόρυβο χρησιμοποιώντας συνθετικές θέσεις στόχων για να τους βοηθήσει να υπολογίσουν πόσο αποτελεσματικά λειτουργούσε κάθε RNA-οδηγός που δοκίμασαν. “Μπορούμε να σχεδιάσουμε πολλαπλά RNA-οδηγούς αρχικής επεξεργασίας με διαφορετικές σχεδιαστικές ιδιότητες και, στη συνέχεια, λαμβάνουμε μια εμπειρική μέτρηση του πόσο αποτελεσματικό είναι καθένα από αυτά τα pegRNA. Μας λέει σε ποιο ποσοστό κάθε pegRNA εισάγει πραγματικά τη σωστή επεξεργασία,” λέει ο Gould.
