祖先差异影响 CRISPR-Cas9 引导在人类细胞中的表现

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CRISPR/Cas9 基因编辑使大量生物医学实验成为可能，包括系统性地关闭癌细胞中的基因以寻找癌细胞生存和生长所依赖的基因的研究。这些基因或“癌症依赖性”通常是有希望的药物靶点。但新的研究表明，许多 CRISPR 筛选实验依赖于称为 CRISPR/Cas9 向导的成分，这些成分在所有血统的人的细胞中表现并不相同，这可能导致 CRISPR 筛选错过癌症依赖性。

这些 CRISPR 向导是短 RNA 序列，可引导 CRISPR Cas9 酶到达基因组中的特定位点，以切割 DNA 并停用目标基因。麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的科学家的新发现表明，这些向导中约有 2% 会错过目标。这意味着 Cas9 不会切割并禁用特定基因，从而掩盖该基因在癌症生长中的潜在作用。研究小组发现，这种情况在非洲血统的人的细胞中发生的比例过高，因为 CRISPR 向导是使用主要来自欧洲血统的人的参考基因组设计的，并不完全代表全球遗传多样性。

“这些不准确之处可能存在于我们无法识别的地方，而且以我们无法预测的方式存在，” 拉米恩·贝鲁金布罗德研究所的准会员，也是该论文的共同资深作者，该论文最近发表在 自然通讯“这项研究表明，对我们使用的所有工具和数据集进行系统评估是非常值得的，这样我们就可以在这些隐藏的偏见成为问题之前解决它们。”

“CRISPR 在临床前研究中被广泛使用，但只有少数研究人员仔细考虑与他们的模型系统相关的特定种系和祖先，”他补充道 杰西·博姆布罗德研究所的一位助理科学家和本文的共同资深作者。“这是对社区的一次警告，功能基因组学并不能免受祖先偏见的影响，也是更仔细地研究此类数据的机会。”

在他们的研究中，研究小组分析了布罗德研究所的 癌症依赖性地图 （DepMap）是最大的癌症依赖资源，目前包括对 1,000 多种癌细胞系的全基因组筛查，其中约 90% 来自欧洲或东亚血统的人。

弗朗西斯卡·巴斯克斯布罗德研究所 DepMap 主任表示，DepMap 中不到 1% 的细胞系-指导对受到本研究显示的祖先偏差的影响，但这些偏差对于在未来的文库中识别和修复非常重要。这些结果首次作为 预印本 2022 年，DepMap 团队从他们的库中删除了所有不起作用的向导 RNA，因此数据库不会错误地返回受影响基因没有依赖关系，而是表明没有足够的数据来得出结论。

一种新型的依赖性搜索

此前，对癌症依赖性的研究主要集中在人一生中某些细胞中发生的基因变化，即体细胞突变。但当博士后研究员、研究第一作者 Sean Misek 于 2020 年加入 Boehm 和 Beroukhim 的实验室时，他想知道生殖系遗传变异（遗传且存在于全身所有细胞中）如何影响肿瘤对治疗的反应。

科学家发现，基因组规模文库中 89% 的向导序列至少在一种细胞系中存在错配。他们还发现，非洲血统的人的细胞中错配的程度更大。

Misek 表示：“这类实验偏见在临床前研究中可能随处可见。我们希望这篇论文能引发更广泛的讨论。”

对于科学家来说，了解研究项目中这种偏见的程度可能是一项挑战，因为下载所有必要的数据可能需要几天的时间。为了解决这个问题，Boehm、Beroukhim 和 图案 布罗德的团队建造 祖先花园基于基因组聚合数据库数据的网站（gnomAD) 可以帮助研究人员确定祖先对他们所选择的指南的影响。

“很多实验室都在某种意义上使用 CRISPR，他们应该有一个机制来检查他们的试剂，”米塞克说。“我们的目标是让人们能够更轻松地自行缓解这个问题。”

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Boehm 表示，祖先基因变异对研究的影响远远超出了对癌症依赖性的研究，而且该团队的研究结果对单个研究的影响程度将有所不同。Boehm 表示，尽管这种偏差的影响在 DepMap 中相对较小，但在仅研究一个或少数细胞系的实验中，这种偏差的影响可能会大得多。

展望未来，研究小组和 DepMap 研究人员表示，解决这种偏见的一个重要方法是增加大规模细胞系文库中的遗传多样性。

“我们鼓励社区向我们发送来自代表性不足的人群的细胞系（如果他们有的话），”瓦兹奎兹说。“这是一个非常重要的问题。”

参考文献：Misek SA、Fultineer A、Kalfon J 等人。生殖系变异导致基于 CRISPR 的实验出现假阴性，且不同祖先的负担不同。Nat Commun。2024；15(1):4892。doi： 10.1038/s41467-024-48957-z