类器官之父新论文：多重碱基编辑，一步生成肿瘤类器官模型

2023-11-02 13:32

研究团队进一步证明了多重碱基编辑在肝脏、子宫内膜和类器官突变中用于多个上皮组织的癌症建模的多功能性和灵活性。

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

2009年，荷兰 Hubrecht 研究所的 Hans Clevers 等人使用来自小鼠肠道的成体干细胞培育出首个肠道类器官，开创了类器官研究的时代。此后，类器官领域研究成果不断，许多新型类器官和更复杂的类器官不断涌现，为新药研发、精准治疗、再生医学等领域带来了更强大的工具。

类器官之父Hans Clevers教授

成人干细胞 （ASC）来源的类器官可以来自大多数上皮组织，并正在成为弥合2D细胞系和体内动物模型之间差距的重要工具。由于其3D组织和细胞异质性，类器官与起源组织非常相似，因此是研究健康和疾病人体组织的有吸引力的模型系统。

癌症研究同样可能受益于类器官技术。癌症患者来源的肿瘤类器官可以用作肿瘤发生的体外模型，并比传统的2D细胞培养技术具有显著优势。此外，患者来源的肿瘤类器官模型在测试药物疗效和确定患者个性化治疗方面也显示出希望。

近日，Hans Clevers 团队在 Nature Communications 期刊发表了题为：One-step generation of tumor models by base editor multiplexing in adult stem cell-derived organoids 的研究论文。

该研究使用碱基编辑技术同时将多种与癌症相关的突变引入成人干细胞（ASC）来源的类器官，从而有效地制造了模拟肝癌、结直肠癌和子宫内膜癌的肿瘤类器官。

该方法可以很容易地用于创建实体瘤的体外类器官模型，为探索各种类型癌症的发病、发展和治疗提供了新的机会。

通过在来源于目标组织的野生型类器官中引入致癌基因突变，可以在实验室中生成人类癌症的等基因模型。CRISPR-Cas9基因编辑技术已成功应用于包括类器官在内的模型系统中，以研究肿瘤发生。然而，这种基因编辑技术依赖于DNA双链断裂（DSB），这容易出错，而且可能导致编辑位点附近的复杂重排，甚至染色体重排。

为了避免这些问题，刘如谦教授团队开发了碱基编辑（Base Editing）技术，其不依赖DNA双链断裂，即可实现对单个碱基的替换。

尽管基因组编辑领域取得了许多进展，但生成能够忠实再现人类癌症遗传学的癌症模型一直是相当具有挑战性的。

之前的研究已经证明，CRISPR-Cas9介导的基因编辑可以应用于类器官来研究肿瘤发生，但当涉及多个基因组位点突变的复杂基因型的构建时，CRISPR-Cas9技术则会非常耗时耗力，再加上Cas9的非特异性编辑结果，成为阻碍该领域发展的主要限制。

在这项研究中，研究团队描述了一种有效的一步策略，在成人干细胞（ASC）来源的类器官中创建与癌症相关的精确单碱基突变的复杂组合。当与功能选择相结合时，该方法被证明可以有效地建立具有复杂基因型的突变类器官库，并通过Sanger测序验证了这一点。

具体来说，该研究展示了胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE）在肝细胞类器官中模拟CTNNB1热点基因突变的有效性。

正常肝脏类器官（左）和通过碱基编辑引入突变的肝脏肿瘤类器官（右）。在正常肝脏类器官中，蛋白质CTNNB1（黄色）在细胞膜上可见，在细胞的外部。在肝脏肿瘤类器官中，CTNNB1出现在细胞核（蓝色）和细胞质中。

研究团队还使用C>T碱基编辑器在子宫内膜类器官中构建了PTEN无义突变，并证明了其即使在杂合突变状态下也具有致癌性。此外，对携带PTEN或PTEN和PIK3CA突变的类器官进行药物敏感性分析揭示了子宫内膜肿瘤发生初期的机制。为了进一步扩大碱基编辑的范围，研究团队结合SpCas9和SaCas9，在单个靶位点同时进行C>T和A>G编辑。