В некоторых скринингах CRISPR могут отсутствовать целевые показатели лекарств от рака

Редактирование генов CRISPR/Cas9 сделало возможным множество биомедицинских экспериментов, включая исследования, которые систематически отключают гены в раковых клетках, чтобы искать те, от которых раковые клетки во многом зависят, чтобы выжить и вырасти. Эти гены, или «раковые зависимости», часто являются многообещающими мишенями для лекарств. Но новые исследования показывают, что многие из этих экспериментов по скринингу CRISPR основаны на компонентах, называемых направляющими CRISPR/Cas9, которые не работают одинаково хорошо в клетках людей всех предков, что может привести к тому, что скрининги CRISPR не смогут пропустить раковые зависимости.

Эти направляющие CRISPR представляют собой короткие последовательности РНК, которые направляют фермент CRISPR Cas9 к определенному участку генома, чтобы разрезать ДНК и деактивировать целевой ген. Новые данные ученых из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда показывают, что около 2 процентов этих руководств не достигают своей цели. Это означает, что Cas9 не будет вмешиваться и отключать конкретный ген, тем самым скрывая потенциальную роль этого гена в росте рака. Команда обнаружила, что это происходит непропорционально часто в клетках людей африканского происхождения, поскольку руководства CRISPR были разработаны с использованием эталонных геномов людей, которые в основном имеют европейское происхождение и не полностью отражают глобальное генетическое разнообразие.

«Эти неточности существуют в местах, которые мы, возможно, не распознаем, и такими способами, которые мы не могли предсказать», — сказал Рамин Берухим, ассоциированный член Broad и со-старший автор статьи, которая недавно появилась в журнале. Природные коммуникации. «Эта работа показывает, что действительно стоит проводить систематическую оценку всех инструментов и наборов данных, которые мы используем, чтобы мы могли исправить эти скрытые предубеждения до того, как они станут проблемой».

«CRISPR повсеместно используется в доклинических исследованиях, но лишь немногие исследователи тщательно задумываются о конкретной зародышевой линии и предках, которые относятся к их модельным системам», — добавил Джесси Бём, ассоциированный научный сотрудник Broad и со-старший автор исследования. бумага. «Это предупреждение сообществу о том, что функциональная геномика не застрахована от предвзятости по поводу происхождения, и источник возможности более внимательно изучить такого рода данные».

В своем исследовании команда проанализировала данные Карты зависимости рака Броуда (DepMap), крупнейшего ресурса по раковым заболеваниям, который в настоящее время включает полногеномный скрининг более чем 1000 линий раковых клеток, около 90 процентов из которых происходят от людей из Европы или Европы. Восточноазиатское происхождение.

Франсиска Васкес, директор DepMap в Broad, сказала, что менее 1 процента пар клеточных линий-проводников в DepMap подвержены предвзятости, показанной в этом исследовании, но что эти предвзятости важно распознать и исправить в будущих библиотеках. . После того, как эти результаты были впервые опубликованы в виде препринта в 2022 году, команда DepMap удалила из своей библиотеки все неработающие направляющие РНК, так что вместо того, чтобы ошибочно возвращать отсутствие зависимостей для затронутых генов, база данных указывала на недостаточность данных. сделать выводы.

Новый вид поиска зависимостей

Раньше поиск зависимости рака был сосредоточен на генетических изменениях, возникающих в некоторых клетках в течение жизни человека, называемых соматическими мутациями. Но когда постдокторант и первый автор исследования Шон Мисек присоединился к лабораториям Бема и Берухима в 2020 году, он захотел узнать, как генетические варианты зародышевой линии, которые передаются по наследству и присутствуют во всех клетках организма, влияют на то, как опухоли реагируют на лечение.

Мисек обнаружил множество сильных связей между происхождением и генетическими зависимостями, и что большинство этих ассоциаций возникло из-за артефактов, связанных с вариантами зародышевой линии. В частности, он видел эти эффекты в руководствах CRISPR. Последовательность направляющих РНК недостаточно соответствовала целевой генетической последовательности, поскольку эта целевая последовательность варьировалась в зависимости от происхождения.

Ученые обнаружили, что 89 процентов гидов в библиотеках масштаба генома имеют несоответствие хотя бы в одной клеточной линии. Они также обнаружили, что несоответствия в большей степени возникают в клетках людей африканского происхождения.

«Подобные экспериментальные предубеждения, вероятно, присутствуют повсюду в доклинических исследованиях», — сказал Мисек. «Мы надеемся, что эта статья станет частью более широкого разговора».

Понимание масштабов этой предвзятости в исследовательском проекте может оказаться сложной задачей для ученого, поскольку загрузка всех необходимых для этого данных может занять несколько дней. Чтобы решить эту проблему, Бём, Берухим и команда Pattern из Броуда создали Ancestry Garden, веб-сайт, основанный на данных из базы данных агрегации геномов (gnomAD), который может помочь исследователям определить влияние происхождения на руководство по их выбору.

«Многие лаборатории в том или ином смысле используют CRISPR, и у них должен быть механизм проверки своих реагентов», — сказал Мисек. «Наша цель — облегчить людям возможность решить эту проблему собственными руками».

Уроки библиотеки

Бём сказал, что генетическая изменчивость, обусловленная происхождением, влияет на исследования, выходящие далеко за рамки поиска зависимостей от рака, и что степень, в которой результаты команды повлияют на отдельные исследования, будет варьироваться. Хотя эффект этой систематической ошибки был относительно скромным в DepMap, он может быть намного больше в экспериментах, изучающих только одну или небольшое количество клеточных линий, сказал Бём.

Забегая вперед, исследовательская группа и исследователи DepMap говорят, что важным способом устранения этой предвзятости является увеличение генетического разнообразия в крупномасштабных библиотеках клеточных линий.

«Мы призываем сообщество присылать нам линии клеток из недостаточно представленных групп населения, если они у них есть», — сказал Васкес. «Это очень важный вопрос, требующий решения».