Badania prowadzone wspólnie przez dr Sanjanę łączą edycję genów CRISPR i sekwencjonowanie pojedynczych komórek w celu zidentyfikowania przyczynowych wariantów genetycznych i lepszego zrozumienia niekodującego genomu. Opublikowane w Nauka, badanie oferuje nowe możliwości identyfikacji celów terapeutycznych w chorobach uwarunkowanych genetycznie. Przepływ pracy, który został nazwany STING-seq, integruje dane GWAS w skali biobanku z CRISPR i technikami sekwencjonowania pojedynczych komórek, umożliwiając identyfikację genów docelowych związanych z niekodującymi wariantami cech krwi. Ta metoda może przyczynić się do rozwoju medycyny precyzyjnej i terapii celowanych w różnych chorobach i cechach. Dr Sanjana omówił badanie dla Przegląd celu narkotykowego.

Jakie są główne wyzwania w badaniach genetyki człowieka, jeśli chodzi o zrozumienie, które części genomu kierują określonymi cechami lub przyczyniają się do ryzyka choroby?

Większość zmienności genetycznej człowieka znajduje się poza genami kodującymi białka. Wiąże się to z dwoma głównymi wyzwaniami. Po pierwsze, trudno jest zrozumieć, które warianty są przyczynowe, a które są po prostu powiązane z wariantem przyczynowym. Mówiąc prościej, korelacja nie jest przyczyną. Zaburzając określone warianty za pomocą CRISPR, możemy sprawdzić, które z nich zmieniają ekspresję genów lub fenotypy związane z chorobą. Drugie wyzwanie polega na tym, że w przypadku wariantów niekodujących, nawet jeśli znamy wariant przyczynowy, często nie wiemy, jaki jest gen docelowy; to znaczy, w jaki sposób wariant przyczynowy wpływa na choroby lub cechy.

W jaki sposób połączenie badań asocjacji genetycznych, edycji genów i sekwencjonowania pojedynczych komórek może pomóc sprostać tym wyzwaniom i odkryć warianty przyczynowe i mechanizmy genetyczne cech komórek krwi?

Rzeczywiście STING-seq — który łączy badania asocjacyjne całego genomu (GWAS), edycję genów i sekwencjonowanie pojedynczych komórek — pozwala nam wskazać warianty przyczynowe i ich docelowe geny i robi to na dużą skalę. STING-seq pozwala nam przesłuchać setki lub tysiące regionów genomu, aby wskazać te, które wpływają na ekspresję genów i powiedzieć nam, które geny się zmieniają.

W jaki sposób STING-seq odpowiada na wyzwanie, jakim jest bezpośrednie powiązanie wariantów genetycznych z ludzkimi cechami i zdrowiem, i jak może pomóc w identyfikacji celów leków dla chorób o podłożu genetycznym?

Identyfikując geny docelowe dla niekodujących wariantów, które są albo ochronne, albo związane z chorobą, mamy mocne dowody genetyczne, że te docelowe geny są warte poszukiwania jako celów dla leków na tę chorobę. To podejście jest dość ogólne i może działać w przypadku każdej choroby, w której mamy warianty z genetycznych badań asocjacyjnych.

Jaki był przełom naukowy w leczeniu anemii sierpowatokrwinkowej i jak połączenie GWAS z CRISPR doprowadziło do identyfikacji wariantów przyczynowych i innowacyjnych terapii?

To jest świetne pytanie. Większość osób posiadających dwie kopie mutacji sierpowatej w genie hemoglobiny dorosłego zachoruje na anemię sierpowatą. Jednak niektórzy ludzie tego nie robią. Wydaje się, że ci ludzie wyrażają inną formę hemoglobiny, zwaną hemoglobiną płodową. Zwykle po urodzeniu nie wykazujemy ekspresji hemoglobiny płodowej, ale u niektórych osób występuje trwała ekspresja tego białka. W przypadku osób z trwałą ekspresją genetyczne badania asocjacyjne zidentyfikowały duży region genomu w pobliżu genu zwanego BCL11A. Jest to represor hemoglobiny płodowej. Jeśli wyłączysz BCL11A, reaktywujesz hemoglobinę płodową.

We współpracy z Danem Bauerem, Stu Orkinem i Mattem Canverem około dziesięć lat temu wykonaliśmy badanie CRISPR tego regionu genomu i zidentyfikowaliśmy region niekodujący (miejsce wiązania czynnika transkrypcyjnego), który kontroluje ekspresję BCL11A. Jeśli edytujesz tę stronę, możesz wyłączyć BCL11A i reaktywować hemoglobinę płodową. Ten CRISPR został już zastosowany u około 100 pacjentów i prawie we wszystkich przypadkach reaktywacja hemoglobiny płodowej wydaje się działać jako trwałe lekarstwo na anemię sierpowatą i inne zaburzenia związane z hemoglobiną.

W jaki sposób podejście STING-seq jest stosowane w innych chorobach poza cechami krwinek i jakie są wyzwania związane ze skalowaniem tego podejścia?

STING-seq może być stosowany w każdej chorobie, w której mamy kilka nominowanych wariantów i regionów genomu poprzez genetyczne badania asocjacyjne. Obejmuje to nie tylko cechy krwi, ale także zaburzenia sercowo-naczyniowe, autoimmunologiczne, neuropsychiatryczne i neurodegeneracyjne — by wymienić tylko kilka szerokich kategorii. Obejmuje to wiele powszechnych chorób i jesteśmy optymistami, że STING-seq będzie użyteczną platformą do szybkiego zrozumienia, które warianty i geny odgrywają kluczową rolę w tych chorobach.

Odwieczne wyzwanie związane z STING-seq (i wszystkimi testami opartymi na komórkach) polega na znalezieniu odpowiedniego typu komórek dla choroby lub cechy. W niektórych przypadkach prawdopodobnie wystarczy pojedynczy typ komórek, ale w wielu przypadkach ważne będzie wykonanie i porównanie STING-seq w kilku różnych typach komórek, aby zrozumieć, w jaki sposób kontekst komórkowy kształtuje aktywność tych wariantów genetycznych.

Jakie są ograniczenia badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS) w identyfikowaniu przyczynowych genów i wariantów oraz w jaki sposób STING-seq przezwycięża te ograniczenia?

Podstawowym ograniczeniem GWAS jest to, że mierzy korelacje, ale nie daje mechanistycznego modelu przyczynowego. STING-seq łączy ludzkie warianty genetyczne zidentyfikowane za pomocą podejść takich jak GWAS z mechanistyczną podstawą ich aktywności (tj. Genami docelowymi).