组合CRISPR/Cas9筛选揭示人乳腺癌中肿瘤抑制基因的相互作用网络与治疗靶点

大多数癌症由多种基因改变驱动，但这些变化如何在肿瘤发生过程中协同作用仍不明确。为探究抑癌基因（TSG）间促进肿瘤的遗传相互作用机制，我们在人乳腺上皮细胞中开展了组合CRISPR筛选与单细胞转录组分析。如预期所示，乳腺上皮细胞中不同的驱动基因改变会影响能够诱导肿瘤形成的抑癌基因改变谱。更令人惊讶的是，抑癌基因相互作用网络由大量“基因团簇”构成——这些由三至四个基因组成的集合中，每个抑癌基因都与团簇内所有其他基因表现出致癌协同效应。遗传相互作用谱分析表明，主要协同作用的抑癌基因具有功能重叠性，而非功能差异或互补性。对CRISPR双敲除细胞的单细胞转录组分析显示，在促进肿瘤发生和生长因子非依赖性方面具有协同作用的抑癌基因表现出转录上位效应，而无协同作用的抑癌基因则无此现象。这些缓冲性或协同性的转录上位变化影响了包括CDK4、SRPK1和DNMT1在内的致癌介质和治疗靶点的表达。重要的是，本系统中双抑癌基因失活（如PTEN与TP53）引发的上位性表达改变同样在患者肿瘤中被观察到，证实了这些发现与人类乳腺癌的相关性。据估计，乳腺癌中约50%的差异表达基因受上位相互作用调控。总体而言，我们的研究表明转录上位效应是多基因乳腺癌进展的核心特征，并提出了揭示其他人类癌症驱动基因上位网络的方法论。意义：本研究为超越单一驱动基因分析的治疗策略发现与开发提供了路线图，转向基于多驱动基因相互作用的发现路径。相关评论见Fong等人撰文，第6078页。