Что означает редактирование генома CRISPR для тестирования рака молочной железы BRCA

Более 1 миллиона женщин прошли генетическое тестирование BRCA1 и BRCA2, генов, в которых мутации могут значительно увеличить риск развития рака молочной железы и яичников с ранним началом. Но для многих женщин результаты теста были неоднозначными. Это потому, что неясно, где определенные генетические изменения безвредны или вызывают рак.

BRCA1 был одним из первых обнаруженных генов предрасположенности к раку, и его изучали более 20 лет. Ген производит белок, который восстанавливает повреждение ДНК, которое в противном случае может привести к образованию опухолей. С момента его открытия исследователи и клиницисты выявили множество генетических вариаций BRCA1, но по большинству из них мы не можем сказать, нарушают ли они функцию гена - повышают ли риск заболевания раком - или совершенно безвредны.

Наша исследовательская группа работает в новой области геномной медицины, которая использует генетическую информацию индивидуума для назначения медицинской помощи. Мы признали, что такие «варианты неопределенного значения» ограничивают полезность генетического тестирования и перспективы геномной медицины.Мы знаем, что эта проблема, вероятно, усугубится, поскольку ожидается, что число неопределенных вариантов в BRCA1 и других генах, способных действовать с медицинской точки зрения, будет расти в геометрической прогрессии, поскольку генетическое тестирование распространяется на целые популяции.

В исследовании мы решили применить редактирование генома CRISPR, чтобы решить проблему, связанную с этими вариантами неопределенной значимости. CRISPR обладает огромным потенциалом, потому что технология позволяет таким исследователям, как мы, работать с человеческими генами. CRISPR позволяет нам вносить очень конкретные изменения, «редактировать» нашу ДНК - таким образом, фраза «редактирование генома».

Хотя существует множество исследований, в которых делается попытка использовать CRISPR для лечения заболеваний, его также можно использовать для введения специфических мутаций в клетки человека, которые растут в чашке, с целью изучения влияния этих мутаций на клетку, например, вызывают ли они неисправность гена.

В нашем исследовании мы использовали редактирование генома CRISPR, чтобы преднамеренно спроектировать около 4000 различных вариантов гена BRCA1 в клетках человека, почти все возможные варианты в наиболее важных областях этого гена. Важно отметить, что выживаемость используемых нами клеток человека зависит от интактной функции гена BRCA1. Как следствие, клетки, содержащие мутации, которые нарушали функцию гена BRCA1, были неспособны выжить. С другой стороны, клетки, содержащие мутации, которые не влияли на функцию гена BRCA1, были просто прекрасны. Используя секвенирование ДНК, мы проследили, какие мутации были связаны со смертью клеток и выживанием клеток.

Когда мы сравнили мутации, которые вызывали гибель клеток, с вариантами, которые, как известно, увеличивают риск рака, мы заметили, что они были одинаковыми. Это дало нам уверенность в том, что поведение этих вариантов в клетках в чашке было предиктором риска развития рака у людей.

Хотя ученые использовали лабораторные анализы для тестирования вариантов в BRCA1 в течение многих лет, наша работа отличается по трем причинам.

Во-первых, мы протестировали гораздо больше вариантов, чем когда-либо, в том числе тысячи, которые никогда ранее не наблюдались, но почти наверняка существуют по крайней мере у сотен живых людей.

Во-вторых, исторически, варианты BRCA1 были протестированы в генах, взятых «вне контекста» - в частности, изучались только последовательности ДНК, которые кодируют белок BRCA1, а не окружающие последовательности, которые регулируют, как он экспрессируется. CRISPR впервые позволяет нам создавать и тестировать мутации в самом геноме человека.

Наконец, для сотен вариантов BRCA1, наблюдаемых у пациентов, у которых у нас есть четкое представление о том, увеличивают ли они риск развития рака молочной железы и яичников, наши прогнозы, основанные на наших исследованиях CRISPR, являются почти совершенно точными. То есть варианты, совместимые с выживанием клеток в нашем анализе, являются доброкачественными для пациентов, в то время как варианты, которые ухудшают выживание клеток в нашем анализе, вызывают риск развития рака. Это дает нам уверенность в наших предсказаниях для других вариантов, которые никогда ранее не наблюдались, но неизбежно будут, особенно потому, что все больше и больше женщин проверяются на наличие мутаций в этом гене.

Из-за этого строгого согласия с данными «золотого стандарта», полученными из исследований на людях, мы предсказываем, что наши результаты могут быть использованы, чтобы дать лучшие ответы женщинам с трудными для интерпретации вариантами в BRCA1. Это включает в себя многих женщин, которые имеют повышенный риск развития рака, но ранее были бы пропущены при генетическом тестировании. Для этих женщин эти знания о том, что означают их мутации, могут критически влиять на медицинскую помощь, которую они получают.

Эта статья была первоначально опубликована в «Разговоре» Джея Шендюра, Грега Финдли и Леа Старита. Прочитайте оригинальную статью здесь.