摘要：新的研究表明，許多這些CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)依賴于被稱為CRISPR/Cas9向?qū)У某煞?，這些成分在來自所有祖先的細(xì)胞中表現(xiàn)不佳。
CRISPR/Cas9基因編輯使大量生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)成為可能，包括系統(tǒng)地關(guān)閉癌細(xì)胞中的基因以尋找癌細(xì)胞生存和生長嚴(yán)重依賴的基因的研究。這些基因，或“癌癥依賴性”，通常是有希望的藥物靶點(diǎn)。但是新的研究表明，許多這些CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)依賴于被稱為CRISPR/Cas9向?qū)У某煞郑@些成分在來自所有祖先的細(xì)胞中表現(xiàn)不佳，這可能導(dǎo)致CRISPR篩選錯(cuò)過癌癥依賴性。
這些CRISPR向?qū)荝NA的短序列，引導(dǎo)CRISPR Cas9酶到達(dá)基因組中的特定位置，切割DNA并使目標(biāo)基因失活。麻省理工學(xué)院博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大學(xué)(Harvard)的科學(xué)家們的新發(fā)現(xiàn)表明，這些指南中約有2%沒有達(dá)到目標(biāo)。這意味著Cas9不會切割并使特定基因失效，從而模糊了該基因在癌癥生長中的潛在作用。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種情況在來自非洲血統(tǒng)的人的細(xì)胞中發(fā)生得不成比例，因?yàn)镃RISPR指南是使用來自主要是歐洲血統(tǒng)的人的參考基因組設(shè)計(jì)的，不能完全代表全球遺傳多樣性。
圖1 種系變異導(dǎo)致基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)中的假陰性
“這些不準(zhǔn)確存在于我們可能不認(rèn)識的地方，以我們無法預(yù)測的方式存在，”布羅德研究所的副成員、該論文的聯(lián)合資深作者拉明·貝魯克希姆(Rameen Beroukhim)說。該論文最近發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上?！斑@項(xiàng)工作表明，對我們正在使用的所有工具和數(shù)據(jù)集進(jìn)行系統(tǒng)評估是非常值得的，這樣我們就可以在這些隱藏的偏見成為問題之前解決它們?！?/div>
圖2 鑒定與祖先相關(guān)的遺傳依賴性
圖1 種系變異導(dǎo)致基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)中的假陰性
“CRISPR在臨床前研究中被廣泛使用，但只有少數(shù)研究人員仔細(xì)考慮與他們的模型系統(tǒng)相關(guān)的特定種系和祖先，這是對社區(qū)的一個(gè)警告，即功能基因組學(xué)并非不受祖先偏見的影響，并且是更仔細(xì)研究這類數(shù)據(jù)的機(jī)會來源。”
在他們的研究中，研究小組分析了Broad的癌癥依賴圖譜(DepMap)的數(shù)據(jù)，這是最大的癌癥依賴資源，目前包括1000多個(gè)癌細(xì)胞系的全基因組篩選，其中約90%來自歐洲或東亞血統(tǒng)的人。
布羅德大學(xué)DepMap的主任弗朗西斯卡·巴斯克斯(Francisca Vazquez)說，DepMap中只有不到1%的細(xì)胞系引導(dǎo)對受到這項(xiàng)研究顯示的祖先偏差的影響，但這些偏差對于在未來的圖書館中識別和修復(fù)是很重要的。在這些結(jié)果于2022年首次作為預(yù)印本發(fā)表后，DepMap團(tuán)隊(duì)從他們的庫中刪除了所有不起作用的引導(dǎo)rna，因此，數(shù)據(jù)庫表明沒有足夠的數(shù)據(jù)來得出結(jié)論，而不是錯(cuò)誤地返回受影響基因的依賴關(guān)系。
一種新的依賴項(xiàng)搜索
此前，對癌癥依賴性的研究主要集中在人一生中某些細(xì)胞中出現(xiàn)的基因變化，即體細(xì)胞突變。但當(dāng)博士后研究員、該研究的第一作者肖恩·米塞克(Sean Misek)于2020年加入Boehm和Beroukhim的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他想知道種系基因變異(遺傳的，存在于全身所有細(xì)胞中)如何影響腫瘤對治療的反應(yīng)。
米塞克發(fā)現(xiàn)，祖先和遺傳依賴性之間有許多強(qiáng)烈的聯(lián)系，而這些聯(lián)系大多來自與生殖系變異有關(guān)的人工制品。特別是，他在CRISPR指南中看到了這些影響。引導(dǎo)rna的序列與目標(biāo)基因序列并不完全匹配，因?yàn)槟繕?biāo)序列因祖先而異。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，基因組規(guī)模文庫中89%的指南至少在一個(gè)細(xì)胞系中存在不匹配。他們還發(fā)現(xiàn)，非洲血統(tǒng)的人的細(xì)胞更容易出現(xiàn)不匹配。
圖2 鑒定與祖先相關(guān)的遺傳依賴性
“這類實(shí)驗(yàn)偏差可能在臨床前研究中無處不在，”米塞克說?！拔覀兿Ｍ@篇論文是更廣泛討論的一部分。”
了解研究項(xiàng)目中這種偏見的程度對科學(xué)家來說可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)橄螺d所有必要的數(shù)據(jù)可能需要幾天的時(shí)間。為了解決這個(gè)問題，Boehm, Beroukhim和Broad的Pattern團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)基于基因組聚集數(shù)據(jù)庫(gnomAD)數(shù)據(jù)的網(wǎng)站，可以幫助研究人員確定祖先對他們選擇的指南的影響。
“許多實(shí)驗(yàn)室在某種意義上使用CRISPR，他們應(yīng)該有一種機(jī)制來檢查他們的試劑，”米塞克說。“我們的目標(biāo)是讓人們更容易自己解決這個(gè)問題?！?/div>
教訓(xùn)
Boehm說，由于祖先的遺傳變異對研究的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對癌癥依賴性的研究，研究小組的發(fā)現(xiàn)對個(gè)體研究的影響程度將有所不同。Boehm說，盡管這種偏差的影響在DepMap中相對較小，但在只研究一種或少數(shù)細(xì)胞系的實(shí)驗(yàn)中可能會大得多。
展望未來，研究小組和DepMap的研究人員說，解決這種偏見的一個(gè)重要方法是增加大規(guī)模細(xì)胞系庫的遺傳多樣性。巴斯克斯說:“我們鼓勵(lì)社區(qū)向我們提供來自代表性不足人群的細(xì)胞系，如果他們有的話。”這是一個(gè)需要解決的非常重要的問題。”
參考資料
[1] Germline variation contributes to false negatives in CRISPR-based experiments with varying burden across ancestries
摘要：新的研究表明，許多這些CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)依賴于被稱為CRISPR/Cas9向?qū)У某煞?，這些成分在來自所有祖先的細(xì)胞中表現(xiàn)不佳。
CRISPR/Cas9基因編輯使大量生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)成為可能，包括系統(tǒng)地關(guān)閉癌細(xì)胞中的基因以尋找癌細(xì)胞生存和生長嚴(yán)重依賴的基因的研究。這些基因，或“癌癥依賴性”，通常是有希望的藥物靶點(diǎn)。但是新的研究表明，許多這些CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)依賴于被稱為CRISPR/Cas9向?qū)У某煞?，這些成分在來自所有祖先的細(xì)胞中表現(xiàn)不佳，這可能導(dǎo)致CRISPR篩選錯(cuò)過癌癥依賴性。
這些CRISPR向?qū)荝NA的短序列，引導(dǎo)CRISPR Cas9酶到達(dá)基因組中的特定位置，切割DNA并使目標(biāo)基因失活。麻省理工學(xué)院博德研究所(Broad Institute of MIT)和哈佛大學(xué)(Harvard)的科學(xué)家們的新發(fā)現(xiàn)表明，這些指南中約有2%沒有達(dá)到目標(biāo)。這意味著Cas9不會切割并使特定基因失效，從而模糊了該基因在癌癥生長中的潛在作用。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種情況在來自非洲血統(tǒng)的人的細(xì)胞中發(fā)生得不成比例，因?yàn)镃RISPR指南是使用來自主要是歐洲血統(tǒng)的人的參考基因組設(shè)計(jì)的，不能完全代表全球遺傳多樣性。
圖1 種系變異導(dǎo)致基于CRISPR的實(shí)驗(yàn)中的假陰性
“這些不準(zhǔn)確存在于我們可能不認(rèn)識的地方，以我們無法預(yù)測的方式存在，”布羅德研究所的副成員、該論文的聯(lián)合資深作者拉明·貝魯克希姆(Rameen Beroukhim)說。該論文最近發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上?！斑@項(xiàng)工作表明，對我們正在使用的所有工具和數(shù)據(jù)集進(jìn)行系統(tǒng)評估是非常值得的，這樣我們就可以在這些隱藏的偏見成為問題之前解決它們?！?/div>
“CRISPR在臨床前研究中被廣泛使用，但只有少數(shù)研究人員仔細(xì)考慮與他們的模型系統(tǒng)相關(guān)的特定種系和祖先，這是對社區(qū)的一個(gè)警告，即功能基因組學(xué)并非不受祖先偏見的影響，并且是更仔細(xì)研究這類數(shù)據(jù)的機(jī)會來源?！?/div>
圖2 鑒定與祖先相關(guān)的遺傳依賴性
在他們的研究中，研究小組分析了Broad的癌癥依賴圖譜(DepMap)的數(shù)據(jù)，這是最大的癌癥依賴資源，目前包括1000多個(gè)癌細(xì)胞系的全基因組篩選，其中約90%來自歐洲或東亞血統(tǒng)的人。
布羅德大學(xué)DepMap的主任弗朗西斯卡·巴斯克斯(Francisca Vazquez)說，DepMap中只有不到1%的細(xì)胞系引導(dǎo)對受到這項(xiàng)研究顯示的祖先偏差的影響，但這些偏差對于在未來的圖書館中識別和修復(fù)是很重要的。在這些結(jié)果于2022年首次作為預(yù)印本發(fā)表后，DepMap團(tuán)隊(duì)從他們的庫中刪除了所有不起作用的引導(dǎo)rna，因此，數(shù)據(jù)庫表明沒有足夠的數(shù)據(jù)來得出結(jié)論，而不是錯(cuò)誤地返回受影響基因的依賴關(guān)系。
一種新的依賴項(xiàng)搜索
此前，對癌癥依賴性的研究主要集中在人一生中某些細(xì)胞中出現(xiàn)的基因變化，即體細(xì)胞突變。但當(dāng)博士后研究員、該研究的第一作者肖恩·米塞克(Sean Misek)于2020年加入Boehm和Beroukhim的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他想知道種系基因變異(遺傳的，存在于全身所有細(xì)胞中)如何影響腫瘤對治療的反應(yīng)。
米塞克發(fā)現(xiàn)，祖先和遺傳依賴性之間有許多強(qiáng)烈的聯(lián)系，而這些聯(lián)系大多來自與生殖系變異有關(guān)的人工制品。特別是，他在CRISPR指南中看到了這些影響。引導(dǎo)rna的序列與目標(biāo)基因序列并不完全匹配，因?yàn)槟繕?biāo)序列因祖先而異。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，基因組規(guī)模文庫中89%的指南至少在一個(gè)細(xì)胞系中存在不匹配。他們還發(fā)現(xiàn)，非洲血統(tǒng)的人的細(xì)胞更容易出現(xiàn)不匹配。
圖2 鑒定與祖先相關(guān)的遺傳依賴性
“這類實(shí)驗(yàn)偏差可能在臨床前研究中無處不在，”米塞克說?！拔覀兿Ｍ@篇論文是更廣泛討論的一部分?！?/div>
了解研究項(xiàng)目中這種偏見的程度對科學(xué)家來說可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)橄螺d所有必要的數(shù)據(jù)可能需要幾天的時(shí)間。為了解決這個(gè)問題，Boehm, Beroukhim和Broad的Pattern團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)基于基因組聚集數(shù)據(jù)庫(gnomAD)數(shù)據(jù)的網(wǎng)站，可以幫助研究人員確定祖先對他們選擇的指南的影響。
“許多實(shí)驗(yàn)室在某種意義上使用CRISPR，他們應(yīng)該有一種機(jī)制來檢查他們的試劑，”米塞克說。“我們的目標(biāo)是讓人們更容易自己解決這個(gè)問題?！?/div>
教訓(xùn)
Boehm說，由于祖先的遺傳變異對研究的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對癌癥依賴性的研究，研究小組的發(fā)現(xiàn)對個(gè)體研究的影響程度將有所不同。Boehm說，盡管這種偏差的影響在DepMap中相對較小，但在只研究一種或少數(shù)細(xì)胞系的實(shí)驗(yàn)中可能會大得多。
展望未來，研究小組和DepMap的研究人員說，解決這種偏見的一個(gè)重要方法是增加大規(guī)模細(xì)胞系庫的遺傳多樣性。巴斯克斯說:“我們鼓勵(lì)社區(qū)向我們提供來自代表性不足人群的細(xì)胞系，如果他們有的話?！边@是一個(gè)需要解決的非常重要的問題。”
參考資料
[1] Germline variation contributes to false negatives in CRISPR-based experiments with varying burden across ancestries
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