В Стэндфордском университете разработали метод, который может значительно ускорить исследования природы раковых заболеваний и разработку лекарств.
Генетик Монте Уинслоу, руководитель работы, поясняет:
«У рака человека не одна мутация, существуют их комбинации. Вопрос в том, как разные мутировавшие гены взаимодействуют или не взаимодействуют друг с другом?»
Всего несколько лет назад подобное исследование было невозможно или требовало многолетней работы. Нужно было бы размножить несколько линий генетически модифицированных мышей, каждую со своей парой инактивированных генов-супрессоров опухоли. Чтобы исследовать все возможные комбинации, на то ушли бы сотни или тысячи грызунов. Уинслоу с коллегами справился за несколько месяцев, а в опытах участвовало менее двух десятков мышей.
Исследователи использовали механизм CRISPR-Cas9 — мощный инструмент для редактирования генов, который может легко заменять, изменять или удалять генетические последовательности внутри организма.
CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) — это короткие палиндромные повторы групп генов, при помощи которых сохраняется информация о контакте с вирусами, что дает возможность быстрого иммунного ответа при столкновении с теми же вирусами повторно. В соседних локусах расположены гены Cas, которые при помощи ферментов разрезают молекулы ДНК. Этот природный механизм может быть использован для извлечения фрагментов ДНК и замены их на другие, заранее заданные при помощи РНК.
Для того чтобы исследовать комбинаторные эффекты различных мутаций, ученым нужен был точный способ маркировки и отслеживания роста различных опухолей. Было решено к отдельным опухолевым клеткам в легких мышей прикреплять короткие уникальные последовательности ДНК. Образно говоря, каждый вид опухолевой клетки получил свой «штрихкод».
В результате отпала потребность отделять опухоли, чтобы исследовать их клетки независимо от здоровых и клеток других новообразований. Достаточно взять раковое легкое целиком, измельчить, а затем использовать секвенирование ДНК с подсчетом количества клеток с одинаковым «штрихкодом». Количественные данные позволяют не только точнее определить размер каждого вида опухоли, чем при обычных методах, но и получать данные при множественных опухолях, вросших друг в друга. И даже учитывать отдельные клетки, которые могут передвигаться по организму, — они все равно окажутся в общей массе для секвенирования.
В одной и той же мыши можно выращивать много различных опухолей, причем рост каждой будет определен по отдельности и с высокой точностью. Это важно для исследования онкологических заболеваний, при которых могут одновременно присутствовать несколько видов раковых клеток.
Кроме того, ученые обнаружили, что работа многих генов, влияющих на рост опухолей, зависит от присутствия других генов — это очень важная тема для будущих исследований.
Разработанная комбинация использования системы CRISPR-Cas9 и генетических «штрихкодов» также полезна при тестировании лекарств: можно испытывать препарат на тысячах вариаций опухоли одновременно, чтобы увидеть, какие из них реагируют, а какие — игнорируют лечение.
Наука
Антон Бугайчук
