生物通報道  第一次CRISPR-Cas9基因編輯技術被用于整體生物模型中系統地靶向基因組中的每一個基因。來自Broad研究所和麻省理工學院David H. Koch綜合癌癥研究所的一個科學家小組，率先利用這一技術在一個癌癥動物模型中系統地“敲除”（關閉）了整個基因組的所有基因，揭示出了與腫瘤進化和轉移相關的一些基因，這為在其他細胞類型和疾病中從事類似的研究鋪平了道路。這項研究工作在線發表在3月5日的《細胞》（Cell）雜志上。

共同資深作者、哈佛-麻省理工Broad研究所核心成員、麻省理工McGovern腦研究所研究員、麻省理工學院大腦、認知科學與生物工程學系助理教授張鋒（Feng Zhang）（延伸閱讀：張鋒博士Nature Medicine發表基因組編輯新綜述 ）說：“全基因組向導RNA(guide RNA, gRNA)庫是一個強大的篩查系統，我們帶著激動的心情開始將它應用于動物模型中來研究基因功能。這項研究是朝著利用Cas9在體內鑒別癌癥和其他復雜疾病中的重要基因邁出的第一步。”

共同資深作者、麻省理工學院教授、Broad研究所董事會成員及Koch研究所成員Phillip Sharp說：“腫瘤進化是一系列受到基因網絡調控的、極為復雜的過程。在體內應用基因編輯是功能基因組研究的一個強大平臺，它為探究腫瘤進化中的每一步以及鑒別出調控這些過程的基因提供了一種新方法。”

借助于CRISPR-Cas9基因編輯技術，科學家們能夠調查一些基因和遺傳突變在人類生物學及疾病中的作用。這一系統可以在DNA水平上消除基因的功能，相比之下像RNA干擾一類的遺傳干擾技術則是在RNA水平上發揮作用。以往Broad研究所的科學家們曾利用CRISPR-Cas9技術在一些細胞模型中完成了全基因篩查，但這種方法并沒有捕捉到在整體生物體內起作用的復雜過程。例如，為了實現癌癥轉移，惡性細胞必須離開原發腫瘤，進入血管遷移到機體的遠端部位。張鋒與Sharp協作通過在一個整體動物模型中應用CRISPR-Cas9技術，搜索了參與轉移的基因。

在新研究中，研究人員利用Broad研究所的“小鼠全基因組CRISPR敲除文庫A” (mGeCKOa)(靶向小鼠基因組中所有基因的CRISPR向導RNA匯合文庫)，以及Cas9 DNA切割酶處理了來自非小細胞肺癌(NSCLC)小鼠模型的細胞。這一系統將突變導入到了一些特定基因中，破壞了它們的序列并阻止了這些基因生成蛋白。這一方法確保了在每個細胞中只有一個基因被敲除，在培養的異質細胞群中則以小鼠基因組中的所有基因作為靶標。研究人員隨后將這些細胞移植到小鼠體內，發現用這一基因敲除文庫處理的一些細胞形成了高轉移性腫瘤。

利用新一代測序，科學家們鑒別出了在原發腫瘤及轉移灶中敲除的基因，指出了一些基因有可能是通常抑制腫瘤生長的腫瘤抑制基因，當敲除它們時會促進腫瘤生長。

研究結果突出顯示了一些在人類腫瘤中眾所周知的腫瘤抑制基因，包括Pten、Cdkn2a和Nf2，也涵蓋了一些從前未與癌癥關聯的基因。出乎意料地是，這一篩查系統還揭示了幾個microRNAs。

仍然還需要開展更多的實驗工作來全面探究篩查中發現的一些基因和microRNAs。一些轉移腫瘤在臨床很少進行活組織檢查導致研究樣本稀缺，而未來將轉移灶納入到癌癥測序研究將更加深入地了解這一研究中的一些基因突變。

研究人員可利用這一Cell論文中相同的體內篩查方法來檢測基因過表達的效應，篩查循環腫瘤細胞或其他細胞系，探討其他的癌癥表型，例如癌癥干細胞、宿主-環境互作和血管發生。

共同第一作者、Sharp實驗室博士后研究人員Sidi Chen說：“我們的研究工作提供了一種原理證明體內敲除篩查方法，它可用于鑒別調控腫瘤進化不同路線及步驟的基因。”

這項研究還采用一種高效多層次的篩查策略：利用一個較小的、更為集中的向導RNAs池來驗證頂端基因突變。“在完成無偏倚的全基因組篩查后，我們設計出了一個子庫來快速地檢測更多的靶標，而非在個體小鼠中靶向單個基因。這一子庫讓我們看到了在相同腫瘤中這些不同的遺傳突變是如何競爭的。”

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文索引：

Paper cited: Chen et al., Genome-wide CRISPR Screen in a Mouse Model of Tumor Growth and Metastasis, Cell (2015). DOI: 10.1016/j.cell.2015.02.038