Ускорение открытия генов
Новый подход, разработанный в MIT, Институте Броуда и Институте Уайтхеда, должен ускорить процесс изучения роли генов, позволяя исследователям изучать весь геном сразу.
Система CRISPR позволяет исследователям перманентно и избирательно удалять гены из ДНК клетки. В двух новых статьях в Science исследователи показали, что могут изучать все гены в геноме, удаляя разные гены в огромной популяции клеток и наблюдая, какие клетки пролиферируют в разных условиях.
"С этой работой теперь возможно проводить систематические генетические скрининги в клетках млекопитающих. Это значительно поможет усилиям по пониманию функции как кодирующих белки генов, так и некодирующих генетических элементов", — говорит Дэвид Сабатини, старший автор одной из статей.
Используя этот подход, исследователи смогли идентифицировать гены, которые позволяют клеткам меланомы пролиферировать, а также гены, которые обеспечивают устойчивость к определенным химиотерапевтическим препаратам.
Геномные скрининги
Фэн Чжан и его коллеги создали библиотеку из около 65 000 направляющих РНК (guide RNA), нацеленных почти на каждый известный ген. Каждая клетка получала одну из направляющих, и ген, на который она была нацелена, удалялся. Если потерянный ген был необходим для выживания, клетка погибала.
Это позволило идентифицировать гены, необходимые для выживания раковых клеток и плюрипотентных стволовых клеток, а также гены, необходимые клеткам меланомы для выживания при лечении препаратом вемурафениб.
В другой статье, под руководством Сабатини и Эрика Ландера, команда нацелилась на меньший набор из около 7 000 генов, но создала больше направляющих РНК для каждого гена. Исследователи обнаружили, что эффективность редактирования различается в зависимости от последовательности направляющей РНК. На основе этих данных они вывели правила, определяющие эффективность системы CRISPR-Cas9, и создали алгоритм для предсказания наиболее успешных последовательностей.
"Эти статьи вместе демонстрируют необычайную мощь и универсальность системы CRISPR-Cas9 как инструмента для общегеномного открытия механизмов, лежащих в основе биологии млекопитающих", — говорит Эрик Ландер.
Эффективная альтернатива
Подход CRISPR может предложить более эффективную и надежную альтернативу РНК-интерференции (RNAi), которая в настоящее время является наиболее широко используемым методом изучения функций генов. Недостаток RNAi в том, что она нацелена на мРНК, а не на ДНК, поэтому невозможно добиться 100% устранения гена.
"CRISPR может полностью истощить данный белок в клетке, тогда как shRNA снизит уровни, но никогда не достигнет полного истощения", — говорит Фэн Чжан.
В будущих исследованиях планируется проводить общегеномные скрининги клеток, ставших раковыми из-за потери генов-супрессоров опухолей, таких как BRCA1. Этот подход также можно использовать для поиска лекарств против опухолевых клеток, развивших устойчивость к химиотерапии.
Исследователи также надеются использовать систему CRISPR для изучения функции подавляющей части генома, которая не кодирует белки.
"Только 2% генома является кодирующим... но есть еще те 98%, которые долгое время были как темная материя", — говорит Невилл Саньяна.