Nature子刊:利用CRISPR/Cas9系统首次重现肿瘤染色体易位

【字体: 时间:2014年06月05日 来源:生物通

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  来自西班牙国立癌症研究中心(CNIO)和西班牙国家心血管研究中心(CNIC)的科学家们,第一次在人类细胞中重现了与两种癌症类型:急性髓性白血病和尤文氏肉瘤(Ewing's sarcoma)相关的染色体易位。发表在《自然通讯》杂志上的研究发现,为开发出新的治疗靶点来对抗这些类型的癌症开启了大门。

  

生物通报道  来自西班牙国立癌症研究中心(CNIO)和西班牙国家心血管研究中心(CNIC)的科学家们,第一次在人类细胞中重现了与两种癌症类型:急性髓性白血病和尤文氏肉瘤(Ewing's sarcoma)相关的染色体易位。发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究发现,为开发出新的治疗靶点来对抗这些类型的癌症开启了大门。

这项研究是由CNIO分子细胞遗传学研究小组的Sandra Rodriguez-Perales,以及CNIC病毒载体技术部的Juan Carlos Ramírez及Raúl Torres共同完成。研究人员证实了,可以在人类细胞中生成与白血病和其他人类癌症类型中观察到的、遗传特征相同的染色体改变。

利用分子工具来操控基因组,基于此这项新技术具有两个主要的优点:首先,提供了从前未有的研究肿瘤生物学的工作模型;其次,它们的应用将最终促成研究新的治疗靶点和治疗方法。

肿瘤的形成归因于细胞生理学,尤其是细胞基因组的多重改变。在白血病和肉瘤中,不同的染色体之间发生大片段DNA交换,这一现象就称作为染色体易位。研究的作者们指出,这些易位是许多肿瘤形成过程产生和发展的必要条件。

“由于缺乏细胞模型和合适的动物模型,到目前为止研究这类肿瘤一直是个棘手的问题,”CNIC研究人员Juan Carlos Ramírez说。难以生成这些染色体易位限制了获得带有这种疾病标志的细胞。

打断染色体来研究癌症

CNIO和CNIC的研究人员证实,利用CRISPR/Cas9基因组工程技术可以获得这样的染色体易位(延伸阅读:北京大学Cell Res发表CRISPR研究新成果 )。通过这种方式,他们成功地在来自血液和间质组织的人类干细胞中,重现出了与急性髓性白血病或尤文氏肉瘤患者中观察到的相同的染色体易位。

CNIO研究人员Sandra Rodríguez-Perales说:“凭借这一突破,可以生成具有与患者肿瘤细胞中观察到的一样遗传改变的细胞模型,将使得我们能够研究它们在肿瘤形成中的作用。以这种方式,可以通过实验重演出正常细胞转变为癌细胞的一些至关重要的后续步骤。”

利用于2013年初开发出的这种强大的RNA引导核酸酶(RNA-Guided Endonuclease,RGEN)工具,研究人员曾在包括人类细胞在内的真核细胞中实现基因操作。它是基于设计出与20个核苷酸DNA区域互补的特异性小RNA (RNAsg)分子。RNAsg结合到DNA上充当信号,引导Cas9酶切割标记DNA的边缘。这一系统非常的特异且高效,可在研究人员的目的位点实现对DNA双螺旋链的切割。

Rodríguez-Perales、Torres和Ramírez证实,通过将RGEN元件转移到人类细胞中,可以标记出某些肿瘤中的交换染色体区域,由此对这些染色体进行切割。

“当DNA修复机器试图修复这些切口时,它会驱使两条不同的染色体之间易位,在许多病例中都涉及两条染色体之间的相互易位,”CNIC研究人员Raúl Torres说。

研究作者们说,利用这一技术还将能够阐明染色体易位的发生机制及原因,这无疑将促成新的抗癌治疗策略。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Engineering human tumour-associated chromosomal translocations with the RNA-guided CRISPR–Cas9 system

Cancer-related human chromosomal translocations are generated through the illegitimate joining of two non-homologous chromosomes affected by double-strand breaks (DSB). Effective methodologies to reproduce precise reciprocal tumour-associated chromosomal translocations are required to gain insight into the initiation of leukaemia and sarcomas. Here we present a strategy for generating cancer-related human chromosomal translocations in vitro based on the ability of the RNA-guided CRISPR–Cas9 system to induce DSBs at defined positions. Using this approach we generate human cell lines and primary cells bearing chromosomal translocations resembling those described in acute myeloid leukaemia and Ewing’s sarcoma at high frequencies. FISH and molecular analysis at the mRNA and protein levels of the fusion genes involved in these engineered cells reveal the reliability and accuracy of the CRISPR–Cas9 approach, providing a powerful tool for cancer studies.

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