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人造肝脏新突破!惠利健公司成果多多,创建了具有肝脏组织和效果的类器官等

研究人员开发了一种新模型,其中使用名为CRISPR /
Cas9的分子剪刀对来自健康人肝脏的类器官进行遗传改变,以研究肿瘤形成中遗传改变的功能。研究这种突变在肿瘤形成中的作用在肝癌中尤为重要,研究人员Benedetta
Artegiani说,因为它是一种非常异质的癌症:不同基因中的各种突变都存在于不同的基因中。耐心。到目前为止,许多这些基因在肿瘤发展中的功能仍然未知。因此,新开发的模型是解决肝癌形成中特定基因功能的有价值工具。

荷兰Oncode研究所、荷兰皇家科学院的研究人员最近开发了一种研究癌症突变基因的人体模型,利用CRISPR基因编辑技术改变人工培养的类器官的基因组,评估了肝癌中一种常见突变基因对肿瘤形成和恶化所起的作用。这一结果发表在最近一期《细胞》子刊Cell
Stem Cell。

肝癌,以肝细胞癌和肝内胆管癌为主要类型,是全球第六大常见癌症和第四大致死性恶性肿瘤。肝癌预后不良主要归因于疾病的晚期诊断,只有不到30%的肝癌患者在早期被诊断出来。了解肝癌发生的分子和细胞机制将有助于制定早期诊断策略和预防性治疗。全基因组测序已经确定了许多基因突变,并大大加强了我们对HCC和ICCs发展的理解。然而,大多数这些突变尚未被描述为它们是否能够驱动人类肝癌的起始,即使对于经典的癌基因如c-Myc也是如此。另一个重要的挑战是人类肝癌的细胞起源,分化的肝细胞和胆管细胞分别被认为是HCC和ICC的起始细胞。有趣的是,肝细胞可以在小鼠模型中转化为HCC和ICC
。然而,很难证明人类患者的起始细胞。鉴定肝癌中的起源细胞将允许系统分析与癌症起始和发展有关的遗传病变。

共同第一作者、Sharp实验室博士后研究人员SidiChen说:“我们的研究工作提供了一种原理证明体内敲除筛查方法,它可用于鉴别调控肿瘤进化不同路线及步骤的基因。”

新模式

类器官指的是从干细胞分化出来的三维组织培养物,也被称为微型器官。过去利用类器官的研究通常把健康组织来源和肿瘤组织来源的类器官进行比较,研究疾病和生物功能。此次研究中,科研人员创建了一个新的模型。他们从健康的人类肝脏中培育出类器官后,用CRISPR/Cas9系统对感兴趣的基因进行编辑,以确定基因突变对细胞行为的影响。

2018年11月8日,中科院生化细胞所惠利健等人在Cell stem Cell
杂志在线发表题为“In Vitro Expansion of Primary Human Hepatocytes with
Efficient Liver Repopulation
Capacity”的文章。该文章发现了:人肝细胞可以连续传代并扩增10000倍、ProliHHs在体外分化或移植后可以成熟等现象。

研究人员可利用这一Cell论文中相同的体内筛查方法来检测基因过表达的效应,筛查循环肿瘤细胞或其他细胞系,探讨其他的癌症表型,例如癌症干细胞、宿主-环境互作和血管发生。

研究人员表明,BAP1的突变对于从良性肝肿瘤转变为恶性肝肿瘤非常重要。此外,他们表明他们的模型可以用于通过突变单个基因来模拟肝脏肿瘤。由于该模型使用CRISPR
/
Cas9操纵健康的人类器官相对简单,因此它可用于研究肝癌中许多具有未知功能的基因的功能,无论是单独的还是一起的,以研究不同突变的组合效应。这将为肝肿瘤的发展提供更多的见解。

2] Miniature livers reveal behavior of common cancer-causing gene
mutation. Retrieved May 27, 2019, from

为了开发这种肝癌模型,需要一种用于原代人肝细胞的培养和遗传操作的技术。在最近关于PHHs培养和扩展的出版物之前,这在技术上是困难的。然而,这些培养的PHH显示肝脏祖细胞或胎肝细胞的特征,使其适合于干细胞相关肝癌的研究。由于它们与PHH的功能相似性及其遗传操作的可行性,通过直接重编程产生的功能性肝细胞提供了PHH的替代物。

这项研究还采用一种高效多层次的筛查策略:利用一个较小的、更为集中的向导RNAs池来验证顶端基因突变。“在完成无偏倚的全基因组筛查后,我们设计出了一个子库来快速地检测更多的靶标,而非在个体小鼠中靶向单个基因。这一子库让我们看到了在相同肿瘤中这些不同的遗传突变是如何竞争的。”

图片 1

研究示意图(图片来源:参考资料1])

产生具有改善的肝结构的hiHep类器官

借助于CRISPR-Cas9基因编辑技术,科学家们能够调查一些基因和遗传突变在人类生物学及疾病中的作用。这一系统可以在DNA水平上消除基因的功能,相比之下像RNA干扰一类的遗传干扰技术则是在RNA水平上发挥作用。以往Broad研究所的科学家们曾利用CRISPR-Cas9技术在一些细胞模型中完成了全基因筛查,但这种方法并没有捕捉到在整体生物体内起作用的复杂过程。例如,为了实现癌症转移,恶性细胞必须离开原发肿瘤,进入血管迁移到机体的远端部位。张锋与Sharp协作通过在一个整体动物模型中应用CRISPR-Cas9技术,搜索了参与转移的基因。

肿瘤建模

图片 2

2019年7月3日,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所惠利健,李虹及中国科学院上海营养与健康研究所李亦学共同通讯在Cell
Stem Cell 在线发表题为“A Homeostatic Arid1a-Dependent Permissive
Chromatin State Licenses Hepatocyte Responsiveness to
Liver-Injury-Associated YAP
Signaling”的研究论文,该研究发现Arid1a控制肝脏再生和与损伤诱导肝脏祖细胞样细胞的出现相关的基因表达。肝细胞特异性Arid1a缺失减少了几种周围型肝损伤模型中的LPLC基因表达,并损害肝脏再生,导致器官功能障碍。Arid1a在体内平衡期间在富含LPLC的基因上建立了一种允许的染色质状态,这表明它赋予肝细胞对损伤诱导信号的反应能力。一致地,Arid1a促进YAP与富含LPLC的基因的结合,并且Arid1a缺失阻止其在损伤后的YAP相关诱导。总之,这些发现为研究损伤诱导的LPLC对门静脉周围肝再生的贡献提供了框架。

利用新一代测序,科学家们鉴别出了在原发肿瘤及转移灶中敲除的基因,指出了一些基因有可能是通常抑制肿瘤生长的肿瘤抑制基因,当敲除它们时会促进肿瘤生长。

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