CRISPR-карта функций генов в человеческих клетках
Ученые из UCSF использовали высокопроизводительный CRISPR-метод для быстрого картирования функций почти 500 генов в человеческих клетках, многие из которых ранее не были детально изучены.
Исследование, опубликованное 19 июля 2018 года в Cell, продемонстрировало новый подход к комплексному картированию функций генов в человеческих клетках. Ученые надеются в будущем распространить его на весь геном.
Метод: картирование генетических взаимодействий с CRISPRi
Исследователи применили метод картирования генетических взаимодействий, ранее использовавшийся в дрожжах, но впервые масштабно — на человеческих клетках. Они использовали инструмент CRISPR inhibition (CRISPRi), разработанный в лаборатории Вайсмана в 2013 году, для систематического отключения пар генов в двух линиях клеток лейкоза и измерения влияния на рост клеток.
- Синтетическая летальность: Обнаружение пар генов, отключение которых вместе наносит клетке значительно больший урон, чем отключение по отдельности. Это перспективная стратегия для разработки комбинированных терапий.
- Функциональные кластеры: Полученная карта из 111 628 уникальных двусторонних взаимодействий позволила сгруппировать 472 гена по функциональным кластерам (биологические пути, локализация в клетке).
Ключевые результаты
- Карта захватила 80% известных функциональных связей, но большинство сильных взаимодействий в данных были новыми.
- Выявлены новые гены, вовлеченные в производство клеточной энергии, синтез белка и репарацию ДНК.
- Обнаружены значимые различия в путях энергетического метаболизма митохондрий между двумя изученными подтипами лейкоза, что открывает возможности для разработки специфичных терапий.
Разгадка побочного эффекта препаратов от остеопороза
Одно из важнейших открытий — новая синтетическая летальная связь между путями метаболизма холестерина и репарации ДНК.
- Подавление гена FDPS (участвует в синтезе холестерина) сделало клетки крайне зависимыми от гена репарации ДНК HUS1.
- Ученые предположили, что при подавлении FDPS в клетке накапливается промежуточное соединение IPP, которое, вероятно, повреждает ДНК, требуя постоянного ремонта для выживания клетки.
FDPS — мишень класса противохолестериновых препаратов бисфосфонатов, которые имеют полезный побочный эффект увеличения плотности костей и используются для лечения остеопороза. Новые данные предполагают, что именно бисфосфонаты, вызывая накопление IPP в остеокластах (клетках, разрушающих кость), могут провоцировать повреждение ДНК и снижать количество этих клеток, восстанавливая плотность кости. Этим может объясняться, почему другие препараты, снижающие холестерин (например, Lipitor), не оказывают такого эффекта на кости.
Перспективы
Исследователи планируют увеличить масштаб экспериментов, чтобы сосредоточиться на других заболеваниях (рак легких, простаты) и на идентификации генов, ответственных за реакцию на лекарства и резистентность. Этот подход начинает строить картину того, как генетические взаимодействия поддерживают здоровье тканей или приводят к болезням.