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Nature:大师级牛人用CRISPR构建癌症类器官

来源:生物通/叶予 2015-05-08 10:24

肠道上皮是人体内细胞更新最快的组织,可以迅速更新和修复肠粘膜,但这种能力也带来了一定的风险。人们发现,肠道的隐窝干细胞(Crypt stem cell)可能起始肿瘤形成,在肿瘤细胞的分化、增殖及凋亡中发挥重要作用。

用含有干细胞巢蛋白(WNT、R-spondin、表皮生长因子EGF)的培养基,可以长期培养小鼠和人类的肠道干细胞,生成遗传学和表型稳定的上皮类器官。荷兰艺术与皇家科学院主席、美国国家科学院院士Hans Clevers教授领导研究团队,利用CRISPR/Cas9技术建立了结直肠癌(CRC)类器官。这一研究成果发表在本周的Nature杂志上。

结直肠癌通常是由腺瘤缓慢发展而成,这说明结直肠癌发展很可能是一个陆续获得基因突变的过程。研究人员将CRISPR/Cas9技术用于体外培养的人类肠道干细胞,陆续引入了四个最常见的结直肠癌基因突变(APC、P53、KRAS和SMAD4)。他们通过去除培养基中的生长因子,来筛选发生了突变的细胞。

研究显示,拥有四重突变的细胞不需要任何干细胞巢蛋白就能够生长,而且还能耐受抑癌药物Nutlin-3。这些细胞移植到小鼠体内之后,长成了浸润性的肿瘤。值得注意的是,APC和P53突变就足以引发广泛的染色体数量异常(非整倍性),这是肿瘤发展的标志性事件。

前不久也有研究团队采用类似的方法,通过CRISPR系统引入突变,建立了结直肠癌模型。Clevers指出,自己的结直肠癌发展模型能够更贴切的反映活体内的肿瘤发展,因为他们对突变细胞进行了筛选,而且所有sgRNA均靶标突变热点。(生物谷Bioon.com)

作者简介:

1991至2002年,Hans Clevers任荷兰乌得勒支大学免疫学教授。2002年起Hans Clevers任该校分子遗传学方面的教授。2002至2012年,Hans Clevers主管荷兰Hubrecht研究所,从2012年开始成为荷兰皇家艺术与科学院主席,2014年当选为美国国家科学院院士。Hans Clevers是干细胞与癌症生物领域大师级的科学家,首次克隆了TCF1基因,并首次将此干细胞在肠内证实。Hans Clevers是生命科学突破奖、法国荣誉骑士勋章、荷兰狮子骑士勋章等荣誉获得者。

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Sequential cancer mutations in cultured human intestinal stem cells

doi:10.1038/nature14415

Crypt stem cells represent the cells of origin for intestinal neoplasia. Both mouse and human intestinal stem cells can be cultured in medium containing the stem-cell-niche factors WNT, R-spondin, epidermal growth factor (EGF) and noggin over long time periods as epithelial organoids that remain genetically and phenotypically stable. Here we utilize CRISPR/Cas9 technology for targeted gene modification of four of the most commonly mutated colorectal cancer genes (APC, P53 (also known as TP53), KRAS and SMAD4) in cultured human intestinal stem cells. Mutant organoids can be selected by removing individual growth factors from the culture medium. Quadruple mutants grow independently of all stem-cell-niche factors and tolerate the presence of the P53 stabilizer nutlin-3. Upon xenotransplantation into mice, quadruple mutants grow as tumours with features of invasive carcinoma. Finally, combined loss of APC and P53 is sufficient for the appearance of extensive aneuploidy, a hallmark of tumour progression.

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