Nature:假如CRISPR的结果与其它结果不一致?

日期: 2017年04月10日


    

这似乎是一个完美的实验计划。


冷泉港实验室的癌症生物学家Jason Sheltzer正在寻找参与肿瘤生长的基因。他和他的同事们计划利用目前流行的基因编辑工具CRISPR-Cas9来敲除基因,然后看看癌细胞繁殖率的变化。不过他们还需要一种能产生相同效果的控制基因。

 

CRISPR的结果


文献表明,MELK基因是一种理想的基因,因为有充分的证据表明它在癌细胞增殖中扮演了重要的角色,临床试验也正在检测抑制MELK蛋白的药物。然而Sheltzer的研究结果却证明利用CRISPR-Cas9敲除这一基因,没有影响癌细胞。Sheltzer说:“这令我们的实验无法再进行下去,一切都要停止下来了。”


因为这一结果,Sheltzer和他的团队开始重新评估实验,重复实验,而CRISPR-Cas9新技术的利用也揭示出了之前采用技术中存在的可能错误。研究人员证明这些MELK基因突变并不影响癌细胞活力、癌细胞生长或他们测试的几种其他的癌细胞表型。通过进一步研究,“我们无法找到任何证据证实在我们研究的13种癌细胞系中,MELK基因是一种癌症依赖因子,”Sheltzer。最终Sheltzer在美国癌症研究协会年会上发表了这一结果,相关论文公布在eLife杂志上。


来自斯坦福大学分子生物学家Michael Bassik说:“(接下来)有很多工作要做,需要利用其它方法重复之前做过的筛选。而且我认为这能得到更好的数据。”


这不是一个小规模问题


麻省大学医学院分子生物学家Nathan Lawson是首先系统性描述这一问题的几位科学家之一,在2015年,他和他的同事们报告了他们在斑马鱼中比较两种技术方法的结果,这两种方法分别是利用锌指核酸酶基因编辑技术敲除基因,以及利用降低基因表达。


前者大家可能比较熟悉,而后者则是利用吗啉寡聚核苷酸(Morpholino oligonucleotides,MF)进行miRNA活性敲除、成熟敲除和特异控制的技术。这种技术来自Gene Tools公司:miRNA的活性敲除通常利用靶向miRNA引导链的寡核苷酸。靶向miRNA的Morpholino oligonucleotides也能干扰miRNA的活性。单独利用这种技术很难控制敲除的特异性。然而,靶向未成熟miRNA的溶核加工位点(nucleolytic processing sites,生物通编者译)的Morpholino,能够抑制miRNA的成熟。如此,靶向初级miRNA的成套的不重叠的Morpholino oligos,可以用于特异控制;如果靶向同一个miRNA的两个不重叠的oligo引发的表型相同,就能说明表型是由于靶miRNA的活性被敲除引起的,而非脱靶效应。


结果 Lawson等人发现他们检测的20个基因中有一半会产生不同的结果。通过遗传数据和morpholino文献进一步研究显示,已发表的80%无法在遗传突变实验中得到重复。


一些斑马鱼研究人员表示,他们很高兴看到了这一论文,因为这令这一研究领域的科学家们重新开始注意到这一问题,不过也有一些研究人员并不乐见其成,Lawson就说,“一些人告诉我,我毁了这个研究领域。”


其它研究领域也出现了类似的冲突。比如拟南芥这种模式植物研究,通过CRISPR-Cas9实验表明,以前被认为介导了植物激素生长素作用的一种蛋白并没有发挥其功能。同时在果蝇和人类细胞中,大量筛选研究也证明了RNA干扰(RNAi)获得的结果与来自遗传突变体的研究结果之间出现了许多差异。


Lawson认为,这两种方法都有其局限性。RNAi有时会改变除了其所需靶标之外的基因的表达。而且细胞内部的RNA加工机制有时也会干扰涉及RNA的其它细胞系统。CRISPR-Cas9基因编辑需要断开DNA链,会引发细胞中的其它反应,包括细胞自杀,而且这种技术优势也会出现非预期位置切割DNA。


追其根源


RNAi和遗传筛选结果上的差异并不一定就意味着哪种方法是正确的,哪种方法是错误的。一些细胞也许会对某些遗传改变(剔除基因表达,CRISPR-Cas9技术目的)产生不同的反应,RNAi则是将表达量降低到非常低的水平


背后的罪魁祸首可以追溯到RNAi潜在的脱靶效应。对于这些问题研究人员都在尝试重复之前的结果。


就MELK而言,CRISPR-Cas9的结果尤其重要,因为这可能会破坏临床试验的科学基础。但是Sheltzer的团队表示MELK只是在癌细胞分裂中似乎不起作用,而来自埃默里大学的癌症研究员Carlos Moreno指出,MELK有可能有其他方面的作用,例如它能使癌细胞对辐射的抗性更强。


他也补充说,许多成功的药物就是在错误的科学假说基础开发出来。临床试验中MELK抑制剂可能是通过其他一些机制起作用。他说:“如果试验显示出积极的效果,那么就没有理由停止实验。”[赛业生物:www.cyagen.com]


参考资料:


CRISPR studies muddy results of older generesearch

 

备注:原文转自-生物通《Nature发文探讨:如果CRISPR的结果与其它结果不一致?》由"赛业"整理发布

 

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