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诺奖团队用CRISPR“粉碎癌症”,靶向非编码序列,清除脑肿瘤

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撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

原发性胶质母细胞瘤(GBM)是一种高度侵袭性的中枢神经系统(CNS)癌症,其治疗非常具有挑战性,尽管采用多模式治疗方案,患者的中位生存期也仅为12-15个月。GBM高度弥散并浸润正常脑实质,这使得无法通过手术完全切除肿瘤,而残留肿瘤会不可避免的再次复发。此外,GBM具有显著的肿瘤异质性,其细胞亚群显示出不同的突变、拷贝数畸变、基因表达模式和表观遗传状态。这种异质性使得靶向特定分子过程的治疗无效,因为它可以从具有不同基因组成的克隆中产生肿瘤复发 。

替莫唑胺(TMZ) 是目前GBM的一线化疗药物,O-6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)启动子的甲基化状态决定了对 TMZ治疗的敏感性,虽然基于TMZ的疗法显示出相对较少的副作用并延长了GBM患者的生存期,但大多数患者会仍会经理疾病进展。在肿瘤复发时,23%的MGMT沉默的GBM患者表现出与恶劣生存相关的超突变肿瘤。对于复发性星形细胞瘤和少突胶质瘤患者,这一比例更高。TMZ增加了体细胞突变的发生率,再加上肿瘤基因组的不稳定性和DNA错配修复(MMR)通路的丢失,这导致了超突变。而关键是,目前没有针对超突变胶质瘤的有效治疗方法。因此,迫切需要制定新的治疗策略,以便无论其突变和表观遗传特征如何,都能有效地消除GBM细胞。

近日,格拉斯通研究所、加州大学伯克利分校等机构的研究人员合作,在Cell子刊Cell Reports上发表了题为: Targeting the non-coding genome and temozolomide signature enables CRISPR-mediated glioma oncolysis 的研究论文。

该研究开发了一种基于CRISPR的“癌症粉碎”方法,靶向切碎癌细胞特异性的非编码的重复序列,从而清除癌细胞, 用于治疗胶质母细胞瘤。



源自细菌和古菌适应性免疫系统的CRISPR系统,能够在基因组的目标位点上引入RNA引导的DNA双链断裂(DSB),从而在人类细胞中进行可编程的基因编辑。而CRISPR疗法的一个潜在风险也正是由于其产生的DNA双链断裂可能导致细胞毒性效应。

此前,George Church杨璐菡等人为了构建可用于人类器官移植的基因编辑猪,使用CRISPR-Cas9基因编辑技术在猪细胞系和活猪体内原代细胞中分别实现了62处和25处基因编辑。但我们目前尚不清楚多少个这样的DNA双链断裂能够消除一个细胞,以及这是否可以被利用来作为一种有效的抗癌方式。

在这项最新研究中,针对中枢神经系统(CNS)癌症,研究团队提出通过靶向肿瘤基因组中独特的重复序列,利用CRISPR-Cas9基因编辑时产生的DNA双链断裂带来的细胞毒性效应,作为治疗复发性超突变胶质瘤的新策略,研究团队将这一概念称为——CRISPR“癌症粉碎”。

具体来说,研究团队发现了DNA损伤反应 (DDR) 基因的生殖细胞缺陷可能导致了原发性GBM肿瘤的高突变负荷,以及对GBM细胞永生化至关重要的TERT启动子的体细胞突变。此外,复发性GBM在遗传上与原发性GBM不同,前者具有与恶性肿瘤进展和超突变有关的额外突变。

该研究还发现,GBM的一线化疗药物替莫唑胺(TMZ)治疗所诱导的复发性GBM超突变,可以导致独特的、癌症特异性的非编码的重复序列。重要的是,这些非编码重复序列可以被CRISPR-Cas9所靶向切割,在这些位点切割癌细胞基因组,使其基因组碎片化,导致DNA损伤又到的细胞死亡,从而选择性清除患者来源的复发性GBM细胞系,同时保留了正常细胞。


这种基于CRISPR的癌症粉碎提出了一种创新的治疗范式,它独立于肿瘤的遗传和表观遗传起源,将超突变癌症的肿瘤突变负荷和化疗药物TMZ信号转化为一种潜在治疗途径。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113339

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