CRISPR-KOALA atradimas: 81 naviko genų vairuotojų atradimas

Įsivaizduokite kaimynystę, kur ištisos namų dalys per naktį išnyksta, o kiti namai daugėja ir ima turėti naujų kambarių. Toks vaizdas pastebimas bazalinio tipo (trigubai neigiamo) krūties vėžio atveju: chromosomų fragmentai dingsta, kiti ruožai kopijuojami pertekliaus, ir su kiekviena dramatiška pertvarka paini genų minia keičia elgesį. Kurie iš tų genų yra tik stebėtojai? Kurie kontroliuoja procesus?

Toronte dirbę tyrėjai nusprendė nustoti spėlioti ir sukūrė įrankį, kuris išbando genų funkcijas vienintelėje vietoje, kuri iš tikrųjų svarbi - gyvame navike. Naudodami dviafunkcę CRISPR sistemą, pavadintą CRISPR-KOALA, komanda išjungė vienus genus ir aktyvino kitus pelių krūties audinyje, imituodama netvarkingus chromosomų praradimus ir gausius kopijavimus, pastebimus bazalinio tipo (trigubai neigiamame) krūties vėžyje. Rezultatas nustebino: iš daugiau nei 3 700 kandidatų jie išskyrė 81 anksčiau nepripažintą geną, kurie padeda navikams augti.

Kodėl šie genai tiek ilgai slėpėsi? Nes dauguma laboratorijų ieško lėkštelėse, o ne organizmuose. Tradiciniai ląstelių kultūros eksperimentai atskiria naviką nuo jo ekosistemos - imuninės ląstelės, kintantis deguonies tiekimas, kraujotaka ir stromaliniai kaimynai formuoja, kurie genai iš tikrųjų yra svarbūs. Kai vėžys tiriamas izoliuotai, daug kontekstui priklausančių pažeidžiamumų dingsta. Gyvuose navikuose jie vėl pasirodo.

Vienas genas išsiskyrė tarp naujai atrastų žaidėjų: PLGRKT. Jis elgiasi kaip išlikimo treneris ląstelėms, įstrigusioms giliai naviko viduje, kur deguonies trūksta. Normalios ląstelės prastai veikia be deguonies. Vėžio ląstelės prisitaiko. PLGRKT padeda joms persijungti metaboliniu režimu, palaikant energijos tiekimą, kai mikroaplinka tampa priešiška. Tai nėra vien tik išlikimas. Tai maitina augimą.

Komanda sukūrė naują genų redagavimo įrankį CRISPR-KOALA ir panaudojo jį atrankai daugiau nei 3 700 genų pelių krūties liaukoje, kuriuos veikia chromosomų pertvarkymai.

Šie atradimai yra svarbūs, nes bazalinio tipo krūties vėžys disproporcingai paveikia jaunesnes moteris ir spalvotų moterų bendruomenes ir neturi hormoninių bei HER2 receptorių, kurie kitiems krūties vėžio tipams suteikia galimybes taikyti tikslinę terapiją. Be tų molekulinių taikymo taškų, klinikams lieka mažiau tikslių gydymo variantų. Atrasti naviko augimą skatinantys genai yra pirmasis žingsnis link naujų strategijų - vaistų, kurie blokuoja metabolinę adaptaciją, arba terapijų, išnaudojančių geno vaidmenį naviko palaikymui.

CRISPR-KOALA kūrimas reikalavo tiek techninio meistriškumo, tiek aiškaus supratimo, ką praleido ankstesni metodai. Platforma sujungia du genetinius manevrus tame pačiame gyvūne: išjungimą, modeliuojantį prarastą genetinę medžiagą, ir aktyvavimą, vaizduojantį papildomų kopijų poveikį. Toks porinis požiūris pagaliau leidžia mokslininkams atkurti aneuploidinių navikų chromosominę chaosą - ne tik mutacijų katalogą, bet ir bendrą funkcijinį poveikį, kai didelės DNR atkarpos yra sustiprintos arba ištrintos.

Už antraštės apie 81 naują geną, tyrimas primena: vėžio scenarijų rašo ne tik DNR seka, bet ir audinys, kuriame jis veikia. Sąveika tarp naviko ląstelių ir jų aplinkos gali atskleisti priklausomybes, nematomas in vitro. Todėl 90 procentų šio ekrano identifikuotų genų buvo praleisti standartiniuose kultūros eksperimentuose.

Darbas derina skaičiavimo paieškas, biotechnologijų kūrimą ir funkcinius genomikos tyrimus pelės ir žmogaus modeliuose. Jis taip pat nurodo praktinį tikslą: pritaikyti šiuos atradimus kaip pažeidžiamumus, į kuriuos galėtų taikytis vaistų kūrėjai. Kuri iš 81 genų taps terapiniu taikiniu? Kuri paaiškins, kodėl kai kurie navikai atsispiria gydymui, o kiti žlunga? Tai eksperimentai, kuriuos dabar galima vykdyti.

Išbandę tūkstančius kandidatų realiuose navikuose, tyrėjai žengė toliau už triukšmingą genetinį žemėlapį ir nustatė konkrečias jungiklius, kurie skatina bazalinio tipo krūties vėžio progresavimą.

Gundantis būtų traktuoti chromosominį chaosą vien tik kaip nestabilumo žymenį. Tačiau šis tyrimas rodo, kad jis taip pat gali būti lobio žemėlapis, jei jį mokate skaityti tinkamame kontekste. Sekantys žingsniai yra apgalvoti: patvirtinti stipriausius naviką skatinančius genus įvairiuose žmogaus mėginiuose, išnarplioti jų mechanizmus ir ieškoti vaistais taikomų silpnybių. Pacientams su trigubai neigiamu vėžiu šis darbų eiliškumas gali pakeisti rezultatus.

Mokslas dažnai žengia į priekį, kai metodas ir klausimas sutinka vienas kitą. Čia geresnis aneuploidijos in vivo modeliavimas atskleidė biologiją, kuri slėpėsi akivaizdžiai matomoje vietoje ir atvėrė keliolika naujų durų mąstyti apie tai, kaip taikyti vieną iš sunkiausių krūties vėžio potipių.