Co oznacza edytowanie genomu CRISPR w badaniu raka piersi BRCA

Ponad 1 milion kobiet poddano badaniom genetycznym BRCA1 i BRCA2, genów, w których mutacje mogą dramatycznie zwiększyć ryzyko raka piersi i jajnika o wczesnym początku. Jednak dla wielu kobiet wyniki testów były niejednoznaczne. To dlatego, że nie jest jasne, gdzie pewne zmiany genetyczne są nieszkodliwe lub powodują raka.

BRCA1 był jednym z pierwszych odkrytych genów predyspozycji nowotworowych i był badany od ponad 20 lat. Gen wytwarza białko, które naprawia uszkodzenia DNA, które w przeciwnym razie mogłyby prowadzić do powstawania guzów. Od czasu odkrycia naukowcy i klinicyści zidentyfikowali wiele zmian genetycznych w BRCA1, ale dla większości z nich nie jesteśmy w stanie stwierdzić, czy upośledzają one funkcjonowanie genu - zwiększając ryzyko zachorowania na raka - czy też są całkowicie nieszkodliwe.

Nasz zespół badawczy pracuje w rozwijającej się dziedzinie medycyny genomicznej, która wykorzystuje informacje genetyczne danej osoby do przepisywania opieki. Uznaliśmy, że takie „warianty o niepewnym znaczeniu” ograniczają użyteczność badań genetycznych i perspektywy medycyny genomowej.Wiemy, że problem może się nasilić, ponieważ oczekuje się, że liczba niepewnych wariantów w genach BRCA1 i innych „medycznie możliwych do działania” genów będzie rosła wykładniczo wraz z rozszerzeniem testów genetycznych na całe populacje.

W badaniu postanowiliśmy zastosować edycję genomu CRISPR, aby rozwiązać wyzwanie, jakie stawiają te warianty o niepewnym znaczeniu. CRISPR ma ogromny potencjał, ponieważ technologia pozwala badaczom, takim jak my, majstrować przy ludzkich genach. CRISPR umożliwia nam dokonywanie bardzo specyficznych zmian, „edycję” naszego DNA - a więc wyrażenie „edycja genomu”.

Chociaż istnieje wiele badań, które próbują wykorzystać CRISPR do leczenia choroby, można go również wykorzystać do wprowadzenia specyficznych mutacji do komórek ludzkich, które rosną w naczyniu, w celu zbadania, jakie skutki te mutacje mają na komórkę - na przykład, czy powodują nieprawidłowe działanie genu.

W naszym badaniu wykorzystaliśmy edycję genomu CRISPR, aby świadomie opracować około 4000 różnych wariantów genu BRCA1 w komórkach ludzkich, prawie wszystkie możliwe warianty w najważniejszych regionach tego genu. Co ważne, przetrwanie ludzkich komórek, które zastosowaliśmy, zależy od nienaruszonej funkcji genu BRCA1. W konsekwencji komórki zawierające mutacje, które zakłóciły funkcjonowanie genu BRCA1, nie były w stanie przeżyć. Z drugiej strony, komórka zawierająca mutacje, które nie miały wpływu na funkcję genu BRCA1, była w porządku. Korzystając z sekwencjonowania DNA, śledziliśmy, które mutacje były związane ze śmiercią komórki a przeżyciem komórek.

Kiedy porównaliśmy mutacje powodujące śmierć komórek z wariantami, o których wiadomo, że zwiększają ryzyko zachorowania na raka, zauważyliśmy, że są one takie same. To dało nam pewność, że zachowanie tych wariantów w komórkach naczynia było czynnikiem ryzyka raka u ludzi.

Chociaż naukowcy stosowali testy laboratoryjne do testowania wariantów w BRCA1 od wielu lat, nasza praca jest inna z trzech powodów.

Po pierwsze, przetestowaliśmy o wiele więcej wariantów, niż kiedykolwiek testowano, w tym tysiące, których nigdy wcześniej nie obserwowano, ale prawie na pewno istnieją u co najmniej setek żywych ludzi.

Po drugie, historycznie, warianty BRCA1 były testowane w genach pobranych „poza kontekstem” - w szczególności, badając tylko sekwencje DNA kodujące białko BRCA1, a nie otaczające sekwencje, które regulują sposób jego ekspresji. CRISPR pozwala nam po raz pierwszy stworzyć i przetestować mutacje w samym ludzkim genomie.

Wreszcie, dla setek wariantów BRCA1 obserwowanych u pacjentów, u których mamy dobre poczucie, czy zwiększają one ryzyko raka piersi i jajnika, nasze przewidywania oparte na naszych badaniach CRISPR są prawie doskonale dokładne. Oznacza to, że warianty zgodne z przeżywalnością komórek w naszym teście są łagodne u pacjentów, podczas gdy warianty, które upośledzają przeżycie komórek w naszym teście, powodują ryzyko raka. To daje nam pewność co do naszych prognoz dla innych wariantów, które nigdy wcześniej nie były obserwowane, ale nieuchronnie będą, szczególnie, że coraz więcej kobiet jest badanych pod kątem mutacji w tym genie.

Z powodu tego silnego porozumienia z danymi „złotego standardu” uzyskanymi z badań na ludziach, przewidujemy, że nasze wyniki mogą być wykorzystane do zapewnienia lepszych odpowiedzi kobietom z trudnymi do interpretacji wariantami w BRCA1. Obejmuje to wiele kobiet, które mają podwyższone ryzyko zachorowania na raka, ale wcześniej zostały pominięte w testach genetycznych. Dla tych kobiet ta wiedza o tym, co oznaczają ich mutacje, może krytycznie wpłynąć na otrzymaną opiekę medyczną.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Jay Shendure, Greg Findlay i Lea Starita. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.