Nya rön om sambandet mellan genredigering med CRISPR och muterade cancerceller
Ett protein som skyddar celler mot DNA-skador, p53, aktiveras vid genredigering med CRISPR. Det leder till att celler med muterat p53 får överlevnadsfördel vilket kan leda till cancer. Nu har forskare vid Karolinska Institutet hittat nya samband mellan CRISPR, p53 och andra cancergener, som eventuellt kan förhindra ansamlingen av muterade celler men samtidigt bevara gensaxens effektivitet. Studien som publicerats i Cancer Research kan bidra till att utveckla framtidens precisionsmedicin.
Det finns stora förhoppningar om att genredigering med CRISPR-metodiken, gensaxen, kommer att spela en viktig roll i framtidens precisionsmedicin. Men för att metoden ska få kliniskt genomslag finns det några utmaningar som återstår att lösa.
En av dessa utmaningar är kopplat till hur celler beter sig när de utsätts för DNA-skador, som genredigering med CRISPR på ett kontrollerat sätt skapar. När celler skadas aktiveras proteinet p53, som fungerar som cellens “första hjälpen” vid skador på DNA.
Det är känt sedan tidigare att gensaxen är mindre effektiv när proteinet p53 är aktivt. Samtidigt innebär brist på p53 att celler kan börjar växa okontrollerbart och omvandlas till cancerceller. I mer än hälften av alla cancertumörer är genen för p53 muterad och skyddar därmed inte mot okontrollerad celldelning. Därför är det viktigt att undvika anrikning, ansamling, av sådana muterade celler.
Kortvarig p53-hämning möjlig strategi
Nu har forskare vid Karolinska Institutet visat att celler med inaktiverande mutationer i p53-genen får en överlevnadsfördel när de utsätts för CRISPR och kan därmed ansamlas i en blandad cellpopulation.
Forskarna identifierade även ett nätverk av kopplade cancergener med mutationer som har en liknande effekt som vid mutationer i p53. De kunde dessutom visa att kortvarig hämning av p53 var en möjlig farmakologisk strategi för att förhindra anrikningen även av sådana celler.
– Det kan verka motsägelsefullt att hämma p53 i CRISPR-sammanhang. Det finns dock litteratur som stödjer att det kan göra CRISPR mer effektivt. I vår studie visar vi att detta också kan motverka anrikningen av celler med mutationer i p53 och kopplade gener, säger studiens försteförfattare Long Jiang, doktorand vid institutionen för medicin, Solna vid Karolinska Institutet.
Forskningen skulle kunna bidra till framtida implementering av klinisk CRISPR-användning genom att identifiera ett nätverk av möjliga muterade gener, kandidatgener, som bör kontrolleras noga när celler utsätts för CRISPR. En annan möjlig slutsats av resultaten är att kortvarig p53-hämning skulle kunna vara en strategi för att minska anrikningen av muterade celler.
Utveckling av säkrare guide-RNA
Forskarna har också studerat DNA-skaderesponsen som en möjlig markör vid utvecklingen av mer exakta guide-RNA-sekvenser, som används för att visa CRISPR var en DNA-sekvens ska ändras.
– Vi tror att uppreglering av gener som är involverade vid DNA-skador kan vara en känslig markör för hur mycket ospecifik (”off-target”) aktivitet ett guide-RNA har, och därmed hjälpa till att selektera fram ”säkrare” guide-RNAn, säger studiens sisteförfattare Fredrik Wermeling, forskare vid institutionen för medicin, Solna vid Karolinska Institutet.
Studien är huvudsakligen baserad på CRISPR och CRISPR-screenförsök i isolerade celler, samt analys av databasen DepMap.
Nästa steg i forskningen är att förstå hur relevanta de beskrivna mekanismerna är.
– I cellkulturer ser vi en snabb och stark anrikning av celler med mutationer i p53 när vi utsätter cellerna för CRISPR. Detta är dock förutsatt att celler med mutationer finns där från början. Vi kan alltså påvisa att mekanismen existerar och faktorer som påverkar den, men vet i nuläget inte till vilken nivå detta är ett reellt problem och det vill vi utforska vidare i mer kliniknära prover, säger Fredrik Wermeling.
Forskningen genomfördes i samarbete med David P. Lanes grupp (MTC) och finansierades av Vetenskapsrådet, Cancerfonden, Karolinska Institutet, Magnus Bergvalls stiftelse, China Scholarship Council, och Nanyang Technological University–Karolinska Institutet Joint PhD Program (VSI).
Publikation
“CRISPR/Cas9-induced DNA damage enriches for mutations in a p53-linked interactome: implications for CRISPR-based therapies”, Long Jiang, Katrine Ingelshed, Yunbing Shen, Sanjaykumar V. Boddul, Vaishnavi Srinivasan Iyer, Zsolt Kasza, Saikiran Sedimbi, David P. Lane, och Fredrik Wermeling. Cancer Research, 18 november 2021, doi:10.1158/0008-5472.CAN-21-1692.