CRISPR позволяет биологам манипулировать генетическим материалом клеток с беспрецедентной точностью и легкостью – буква за ДНК. Доцент CSHL Крис Вакок, M.D., Ph.D., и Цзюньвэй Ши, доктор философии.D. студент-исследователь в своей лаборатории выяснил, как использовать элегантную мощь CRISPR для решения задачи, занимающей их лабораторию и многих других по всему миру: поиск связывающих карманов внутри раковых клеток, которые при блокировании предотвращают размножение клеток и вызывают их гибель.
Несколько лет назад компания Vakoc использовала лучшие доступные технологии, чтобы найти один такой связывающий карман – на малоизвестном белке BRD4, – который при блокировании существующим препаратом JQ1 нанес сокрушительный удар по клеткам острого миелоидного лейкоза (AML), часто смертельная форма рака крови.
Препарат проходит клинические испытания на людях. «Этот опыт заставил нас задуматься, – объясняет Вакок, – есть ли способ, которым мы можем одновременно рассматривать сотни или тысячи белков в данном типе раковых клеток – белки с поддающимися лекарству связывающими карманами – и в одном эксперименте найти больше BRD4s?"
Краткий ответ – да. Их статья представляет собой доказательство принципа разработанного ими метода.
В клетках лейкемии с помощью метода CRISPR было исследовано около 200 потенциальных целей и успешно определены шесть целей, уже известных и утвержденных учеными-фармацевтами, большинство из которых находятся в центре внимания существующих усилий по разработке лекарств; и обнаружил еще 19 целей, никогда ранее не обнаруженных. «Это всего лишь одна демонстрация», – говорит Вакок. "В более широком смысле, то, что мы предлагаем, – это способ всестороннего определения конкретных уязвимостей раковых клеток для разных типов рака."
Очарованный CRISPR, Ph.D.
Студент Ши провел большую часть прошлого года, изобретая способ его использования для быстрого и точного определения лучших мишеней лекарств от лейкемии. Концепцию нетрудно объяснить. Он начинается с представления о том, что гены предоставляют клеткам код для построения белков – молекул, которые выполняют всю работу в клетках и поддерживают ткани наших органов тела.
С момента завершения полной последовательности генома человека более десяти лет назад ученые собирали базы данных, которые документируют или предсказывают, как определенные участки букв ДНК в геноме кодируют определенные сегменты белков, называемые доменами. Среди областей, представляющих наибольший интерес для разработчиков лекарств, находятся те, которые образуют карманные элементы на поверхности белков, в которые могут вписаться другие молекулы, поскольку ключи вставляются в замки. Наркотики – это ключи, которые помещаются в замки с карманами для привязки, иногда с целью блокирования доступа к замку, а в других случаях для инициирования каскада сигналов внутри клетки.
«Моя лаборатория сосредоточена на поиске небольшого количества этих связывающих карманов – тех, от функции которых зависят раковые клетки», – говорит Вакок. "В нашем геноме закодировано огромное количество карманов, и многие из них присутствуют в белках лейкозных клеток.
Теперь у нас есть тест, который скажет вам, имеет ли значение конкретный карман для данной раковой клетки. Какие карманы, если вы их заблокируете или отключите, действительно повредят раковую клетку?
На какие клетки полагается жить и процветать?"
CRISPR – замечательный инструмент для открытий, так как его можно использовать для изменения букв ДНК, которые «обозначают» определенные карманы для связывания.
Если вы хотите узнать, зависит ли раковая клетка от конкретного кармана, вы его мутируете – меняете код ДНК, в результате чего карман принимает неестественную форму. Вы имитируете действие эффективного лекарства, нацеленного на этот конкретный карман.
Как сообщается в опубликованной сегодня статье, этот метод точно и эффективно работал на лейкозных клетках, используемых в демонстрационных целях. "Если вы меняете карман, так что белок больше не функционирует, и вы обнаруживаете, что рак не может выжить, тогда у вас есть хороший шанс попасть в полезную мишень для лекарства. Мы не можем сказать, приведет ли какой-либо конкретный карман к полностью эффективному лекарству; но это способ аннотировать каждый критический карман в раковых клетках."
Лаборатория Вакока начинает с тех видов связывающих карманов, которые производители лекарств предпочитают нацеливать, – которые по разным техническим причинам считаются "лекарственными". «По исключительно прагматическим причинам наша лаборатория уделяет первоочередное внимание поиску тех целей, которые нравятся химикам и против которых они хотят разрабатывать лекарства», – говорит Вакок. "Мы хотим оказать влияние на раковые заболевания в ближайшем будущем. Мы хотим предоставить фармацевтическим компаниям такие цели, которые у них есть большой опыт, чтобы выяснить, как их достичь.
И все это возвращается к вопросу: можем ли мы определить конкретные вещи, в которых нуждаются раковые клетки, а затем лишить их этих вещей. CRISPR должен привести нас к завершению поиска всех критических очагов уязвимости при раке."