CRISPR筛选鉴定乳腺癌风险位点的基因靶点

CRISPR screens identify gene targets at breast cancer risk loci

作者信息Natasha K Tuano, Jonathan Beesley, Murray Manning, Wei Shi, Laura Perlaza-Jimenez, Luis F Malaver-Ortega, Jacob M Paynter, Debra Black, Andrew Civitarese, Karen McCue, Aaron Hatzipantelis, Kristine Hillman, Susanne Kaufmann, Haran Sivakumaran, Jose M Polo, Roger R Reddel, Vimla Band, Juliet D French, Stacey L Edwards, David R Powell, Georgia Chenevix-Trench, Joseph Rosenbluh
PMID36991492
发布时间2023-03-29
DOI10.1186/s13059-023-02898-w

实验完整度

包含体外2D/3D增殖、体内小鼠成瘤、PARP抑制剂合成致死及HiChIP/CRISPRqtl等多层级验证,并进行了单克隆验证与机制探索。

主要模型

HMLE细胞系 B80-T5细胞系 小鼠异种移植模型 K5+/K19−细胞系

重点核对

使用6种永生化乳腺上皮细胞系进行筛选 B80-T5-MEKDD细胞用于体内验证 基于MAGeCK算法分析sgRNA丰度 使用olaparib处理浓度(5 µM或2.5 µM) 在B80-T5细胞中进行CRISPRqtl验证

摘要

背景:全基因组关联研究已识别出超过200个与乳腺癌风险相关的位点。大多数候选因果变异位于非编码区,可能通过调控基因表达来影响癌症风险。然而,精确定位关联的靶基因并识别其介导的表型,是解读和转化GWAS结果的主要挑战。结果:在此,我们展示了汇集CRISPR筛选在识别GWAS靶基因和界定其介导的癌症表型方面非常有效。通过CRISPR介导的基因激活或抑制,我们在2D、3D和免疫缺陷小鼠中测量增殖,以及对DNA修复的影响。我们进行了60次CRISPR筛选,并识别出20个高置信度预测为GWAS靶点的基因,这些基因通过驱动增殖或调节乳腺细胞中的DNA损伤反应来促进癌症。我们验证了其中一部分基因受乳腺癌风险变异的调控。结论:我们证明表型CRISPR筛选能够准确定位风险位点的基因靶点。除了界定与乳腺癌风险增加相关的风险位点的基因靶点外,我们还提供了一个平台,用于识别风险变异介导的基因靶点和表型。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何精准识别乳腺癌风险位点的靶基因及其介导的癌症表型?
核心机制
非编码风险变异通过染色质环调控远端基因表达,影响细胞增殖或DNA损伤修复,从而促进乳腺癌发生。
主要证据
通过60次CRISPR筛选、体内成瘤实验、olaparib合成致死筛选及HiChIP/CRISPRqtl验证,识别出20个高置信度靶基因,并验证了ATF7IP等受风险变异调控。
研究意义
建立了一个功能表型筛选平台,用于高效识别GWAS风险位点的靶基因及表型,为癌症预防和治疗策略提供依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

CRISPR筛选基因选择与设计

选择候选靶基因并设计sgRNA以进行功能筛选

基于INQUISIT预测、TWAS/eQTL分析等选择基因,设计5个sgRNA/基因,并包括对照。

2

2D和3D增殖筛选

鉴定影响乳腺细胞增殖的候选基因

在6种乳腺细胞系中进行CRISPRko、CRISPRi和CRISPRa筛选,测量增殖变化。

3

体内成瘤筛选

验证在体内促进肿瘤形成的候选基因

使用CRISPRko或CRISPRa转导的细胞注射免疫缺陷小鼠,测量肿瘤生长。

4

DNA损伤反应筛选

识别调节DNA修复途径的候选基因

用olaparib处理细胞,筛选合成致死基因。

5

染色质互作验证

确认风险变异与靶基因的染色质互作和调控

使用HiChIP和CRISPRqtl验证基因-增强子互作,并通过荧光素酶报告基因验证变异效应。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM/F12培养基Sigma--
MEGM培养基Sigma--
RPMI 1640培养基Sigma--
pMD2.GAddgene12259
psPAX2Addgene12260
Lenti-Cas9-2A-BlastAddgene73310
Lenti-dCas9-KRAB-BlastAddgene89567
Lenti-dCas9-VP64-BlastAddgene61425
lentiGuide-Puro载体Addgene52963
pXPR502载体Addgene96923
CROPseq-Guide-PuroAddgene86708
pLENTI-Hygro-PGK-TP53-DD----
pLX311-GFP-MEKDD----
pRRLsin-SV40 T抗原-IRES-mCherryAddgene58993
潮霉素----
嘌呤霉素----
杀稻瘟菌素----
奥拉帕尼----
司美替尼----
曲美替尼----
NEBNext高保真2×PCR预混液NEBM0541
NucleoSpin血液XL试剂盒Clontech--
DNeasy试剂盒Qiagen--
Qiagen MinElute凝胶提取试剂盒Qiagen28604
KAPA试剂盒KAPAKK2620
RIPA裂解液CST9806
Pierce BCA蛋白质测定试剂盒Thermo Fisher--
Laemmli样品缓冲液Bio-Rad161-0747
PVDF膜Bio-Rad--
增强化学发光液Bio-Rad--
Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad--
Bio-Rad 4-20%预制胶Bio-Rad--
DUSP4抗体CST5149
Cyclin D1抗体CST2978
Cyclin E1抗体CST4129
ATF7IP抗体Sigma16578
ATF7IP抗体SigmaHPA023505
ADCY3抗体Abcamab199157
ATXN7抗体InvitrogenPAI-749
CREBBP抗体CST7389
SAPK/JNK抗体CST9252
LPAR2抗体Abcamab135980
NF1抗体BethylA300-140A-M
磷酸化p38 MAPK抗体CST4511
p38 MAPK抗体CST8690
p44/42 MAPK抗体CST4695
磷酸化p44/42 MAPK抗体CST4370
磷酸化SAPK/JNK抗体CST4668
TRAIL抗体CST3219
RIP140抗体Santa Cruzsc518071
GAPDH抗体Santa Cruzsc32233
c-Myc抗体CST5605
TGFBR2抗体Santa Cruzsc17792
CASZ1抗体Santa Cruzsc398303
CFL1抗体Abcamab42824
BD Influx细胞分选仪BD--
Countess II自动细胞计数器Thermo Scientific--
EVOS M5000显微镜Thermo--
Illumina HiSeq测序仪Illumina--
Illumina Novaseq 6000测序仪Illumina--
MGISeq测序仪Genewiz--
10X Genomics Chromium控制器10X Genomics--
Chromium Next GEM单细胞3' GEM试剂盒v3.110X Genomics1000121
Cell-Titer-Glo试剂Promega--
结晶紫Sigma--
pMD2.GAddgene12259
psPAX2Addgene12260
lentiGuide-Puro载体Addgene52963
Arima HiChIP试剂盒ArimaA101020
H3K27ac抗体Active Motif91193
Arima HiC+试剂盒ArimaA101020
Swift Biosciences索引试剂盒Swift Biosciences--
RNeasy试剂盒Qiagen--
TruSeq试剂盒Illumina--
polyT磁珠Genewiz--
转化生长因子β1----
潮霉素----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞系培养
细胞系来源、培养条件(培养基、添加物)
阅读提示:Methods - Cell lines
CRISPR筛选
MOI、细胞数量、筛选时间(21天)、2D/3D培养条件
阅读提示:Methods - 2D and 3D proliferation screens
体内筛选
细胞类型(MEKDD)、注射细胞数、小鼠品系(NSG)、肿瘤体积监测
阅读提示:Methods - In vivo screen
olaparib合成致死筛选
细胞系、olaparib浓度(5 µM或2.5 µM)、处理时间(14天)
阅读提示:Methods - Olaparib synthetic lethal screens
CRISPRqtl
MOI=5、细胞数量、筛选时间(10天)、单细胞测序参数及分析标准
阅读提示:Methods - CRISPRqtl