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eLife:CRISPR全基因组筛选,破解癌细胞分裂失控之谜

生物世界

作者|nagashi 来源|生物世界(ID:ibioworld)

随着科技进步和医学发展,许多过去无药可医的疾病在当下都逐一被缓解,甚至彻底治愈。然而,癌症——作为“众病之王”,却仿佛一道难以攻克的天堑,至今仍未被人类所战胜。

癌细胞最突出的特点之一就是无限增殖和永生化。正常细胞都具有一定的寿命,经过一段时间的生长分裂之后就会出现衰老和死亡,而癌细胞调控衰老和死亡的基因往往是异常的。因此,癌细胞不会衰老和死亡,即可以不受机体控制地无限增殖。

遗憾的的是,虽然我们知道基因突变使得癌细胞可以无限分裂增殖,但对于具体是什么基因的突变造成了这一结果却是不甚明晰。

近日,美国范德堡大学的研究人员在 eLife 杂志上发表题为:Genome-wide CRISPR screen identifies noncanonical NF-κB signaling as a regulator of density-dependent proliferation 的研究论文。

这项研究利用CRISPR筛选技术,发现细胞在删除了TRAF3基因之后,即使它们达到了通常会发出停止分裂信号的特定密度,也不会停止增殖。更重要的是,这是首次发现TRAF3与癌症的发生发展相关,这一发现可能为了解癌症的发展机制提供关键的见解。

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CRISPR/Cas9系统广泛存在于原核生物基因组中,是细菌和古细菌为应对病毒和质粒入侵而不断演化而来的获得性免疫防御机制。近年来,由此发展而来的CRISPR/Cas9技术已然广泛应用于基因编辑、基因治疗、核酸定位及核酸检测等领域。

不仅如此,基于CRISPR/Cas9系统开发的全基因组敲除技术在众多生物学研究领域大显身手,它可以帮助研究人员在全基因组范围内快速确定敲除既定基因对生物表型的影响。由此看来,将CRISPR/Cas9全基因组敲除技术应用于癌基因的筛选是一个极佳的研究策略。

基于上皮细胞具有维持正常组织形态形成和稳态的适当细胞密度的内在机制,而这种机制的缺陷可能会导致增生和癌症的发生。在此项研究中,为了鉴定调控小鼠乳腺上皮细胞密度依赖性增殖的基因,研究人员建立了一种基于荧光泛素细胞周期标志物的荧光激活细胞分选方法——该方法以不同的荧光团标记细胞周期的不同阶段。

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利用CRISPR/Cas9全基因组敲除技术筛选在稳态细胞密度下抑制分裂增殖的基因

紧接着,研究人员在4000万个上皮细胞中进行了CRISPR/Cas9全基因组敲除筛选,并通过上述这种强大的检测方法选择那些在低密度下正常增殖但在高密度下继续分裂的细胞。他们惊奇地发现,TRAF3的缺失会激活增殖信号通路,进而推动细胞的分裂。

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TRAF3基因的缺失导致原发性乳腺类器官过度增殖

作者表示:“TRAF3通常会激活免疫系统,同时也是NF-κB信号的负调控因子。然而,此前并没有研究将其与不受控制的细胞生长联系在一起。”

不仅如此,研究团队还证明TRAF3的缺失可以特异性激活非典型NF-κB信号通路,这进而触发先天免疫反应,并通过阻断细胞进入静止状态,继续驱动细胞分裂。这一机制独立于已知的密度依赖增殖机制,包括YAP/TAZ信号和周期蛋白依赖激酶抑制剂。

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TRAF3基因的缺失特异性激活非典型NF-κB信号通路

实际上,寻找新的方法来阻止癌细胞的不受控增值分裂是一项十分热门的肿瘤学研究。2020年9月,美国约翰霍普金斯大学的一个研究小组报告称,抑制PLK4蛋白可以阻止乳腺癌细胞的增殖。这种蛋白质会破坏细胞内部的一种结构,而这种结构对细胞分裂至关重要。

无独有偶,在2018年,另一个来自瑞典和英国的研究小组发现,抑制DHODH酶可以阻止细胞分裂。此外,美国罗切斯特大学的研究人员使用CRISPR/Cas9技术从细胞中敲除Tudor-SN蛋白,从而减缓了细胞分裂的过程。

总而言之,此项研究证实了TRAF3基因在上皮细胞分裂中的作用,这一发现对于进一步理解始于上皮组织的癌症(如胃癌和肺癌等)的发生发展可能特别有用。目前已经在一些上皮细胞癌症中发现了TRAF3突变,其低表达往往与较差的预后相关,进一步的研究将需要确定这一途径对癌症发展的影响。

论文链接:

https://elifesciences.org/articles/63603

编者按:本文转载自微信公众号:生物世界(ID:ibioworld),作者:ngashi


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