CRISPR-направленные разрезы могут предложить новый способ картирования генома человека

Исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают об успешном использовании инструмента редактирования генов CRISPR для создания разрезов в ДНК вокруг протяженных генов опухоли. Этот подход позволяет собирать информацию о последовательности ДНК, что может стать новым способом секвенирования геномов человека и выявления критических изменений в ДНК.

Отчет о экспериментах по доказательству принципа, проведенных на геномах из клеток и тканей рака молочной железы человека, опубликован в выпуске Nature Biotechnology от 10 февраля.

Принцип метода

Ученые предлагают сочетать CRISPR с инструментами, секвенирующими ДНК тканей рака человека. В перспективе это может позволить проводить быстрое и относительно дешевое секвенирование опухолей пациентов, упрощая выбор и применение методов лечения, нацеленных на высокоспецифичные и индивидуальные генетические изменения.

«Для секвенирования опухоли у онкологических пациентов не обязательно секвенировать весь геном рака. Глубокое секвенирование определенных областей генетического интереса может быть очень информативным», — говорит Уинстон Тимп, доктор философии.

Как это работает

В отличие от обычного секвенирования, требующего копирования и случайного фрагментирования ДНК, в экспериментах команда использовала CRISPR для целенаправленного разрезания ДНК, выделенной из образца ткани опухоли молочной железы. К разрезанным концам фрагментов ДНК присоединяли «адаптеры для секвенирования», которые направляют ДНК к нанопорам. Прохождение каждой химической «буквы» (основания) через пору создает уникальный электрический ток, что позволяет построить последовательность.

Результаты

Сосредоточившись на 10 генах рака молочной железы, ученые смогли с помощью нанопорового секвенирования обнаружить в клеточных линиях и образцах тканей тип изменения ДНК — метилирование. Они выявили область пониженного метилирования ДНК в гене кератина 19 (KRT19), что, согласно предыдущим исследованиям, связано с распространением опухоли.

• В клеточных линиях удалось достичь в среднем 400 «прочтений» на пару оснований, что в сотни раз глубже, чем при использовании некоторых обычных методов.
• В образцах биопсии тканей человека — в среднем 100 прочтений на регион.

Кроме того, команда успешно секвенировала длинный (более 80 000 оснований) ген BRCA1, ассоциированный с раком молочной железы. «Поскольку мы можем использовать эту технику для секвенирования действительно длинных генов, мы можем обнаружить большие отсутствующие блоки ДНК, которые нельзя найти с помощью более традиционных инструментов», — отмечает Тимп.

Перспективы

Сочетание технологии CRISPR и нанопорового секвенирования обеспечивает такую глубину анализа, что может помочь ученым находить новые связанные с болезнью изменения генов, специфичные для одного аллеля (унаследованного от одного родителя), а не другого. Помимо потенциала для выбора терапии, метод может упростить и удешевить персонализированный анализ опухолей.

Тимп и его коллега Тимоти Гилпатрик планируют продолжать совершенствовать технику CRISPR/нанопорового секвенирования и тестировать ее возможности на других типах опухолей.