Los investigadores usan CRISPR para construir modelos de melanoma desde cero usando células humanas

Una imagen histológica de un modelo de melanoma. Crédito: Ciencia (2022). DOI: 10.1126/science.abi8175

Al introducir mutaciones cancerígenas en células sanas de la piel paso a paso, los científicos de Broad han creado modelos de cáncer de piel que pueden revelar los efectos de las mutaciones.

Durante las últimas dos décadas, los investigadores han descubierto miles de mutaciones genéticas en el cáncer, pero comprender cómo afectan el crecimiento y la diseminación de los tumores en el cuerpo sigue siendo un desafío porque el tumor de cada paciente puede tener muchas mutaciones diferentes.

Ahora, científicos del Instituto Broad del MIT y Harvard han utilizado el sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 para construir modelos celulares de melanoma, el cáncer de piel más letal. En Science, el equipo describe cómo instalaron cinco mutaciones de melanoma, una por una y en diferentes combinaciones, en el genoma de células sanas de la piel humana. Las células editadas crecieron y se multiplicaron para convertirse en tumores que mostraban características de melanoma, incluido un crecimiento rápido, una mayor capacidad para invadir otros tejidos, la activación de ciertos programas genéticos y patrones de pigmentación específicos.

Debido a que los investigadores introdujeron las mutaciones de una en una de manera controlada, pudieron identificar los efectos de combinaciones individuales y específicas de mutaciones. Incluso encontraron un vínculo causal entre una mutación y la metástasis, la propagación de tumores en el cuerpo. Los resultados no solo arrojan luz sobre mutaciones clave en el melanoma, sino que también sugieren una nueva forma de estudiar el papel de genes específicos en otros tipos de cáncer.

Eran Hodis, uno de los primeros y coautores del estudio, dijo que el trabajo es la primera vez que los científicos crean un modelo de cáncer humano utilizando ingeniería genética controlada con precisión y a partir de células completamente diferenciadas o especializadas en lugar de células madre, que no son relevantes para todos los tipos de cáncer. Hodis comenzó el estudio durante su Ph.D. en Broad, el Dana-Farber Cancer Institute y la Universidad de Harvard, y ahora es residente de medicina interna en Brigham and Women’s Hospital. «Esperamos que este enfoque abra oportunidades para construir modelos similares en muchos otros tipos de cáncer, acelerando la vinculación de la genética del cáncer con características específicas de la enfermedad», dijo.

«Tener esta caja de herramientas nos permite preguntarnos qué efectos tienen las mutaciones en las células», dijo la coautora principal Elena Torlai Triglia, becaria postdoctoral en Broad. «Estas preguntas nos ayudan a comprender cómo se desarrolla la enfermedad y cómo abordarla».

«Para diseñar estos modelos, tuvimos que combinar tecnología de edición de genes precisa y de vanguardia con alta resolución, masivamente paralelo único «ensayos de genómica celular para generar y caracterizar las células y los tumores, junto con algoritmos de aprendizaje automático para analizar los datos. Juntos, nos dieron una visión sin precedentes de qué mutaciones y sus combinaciones causan cáncer en las células», dijo Aviv Regev, co-corresponsal y autor principal del estudio que era miembro central del instituto Broad cuando comenzó el estudio y actualmente es director de Investigación y Desarrollo Temprano de Genentech.

Haciendo melanoma

Conectando la genética de un tumor composición, o genotipo, con un rasgo o fenotipo particular, puede ser particularmente difícil cuando se estudia el melanoma. «La piel está expuesta a muchos agentes externos, como la luz ultravioleta, por lo que hay muchas mutaciones presentes en los pacientes con melanoma que podrían no ser las que realmente provocan la enfermedad», dijo Torlai Triglia. Al introducir mutaciones en células de piel de melanocitos humanos sanos que producen un pigmento llamado melanina y se vuelven cancerosos en el melanoma, el equipo pudo observar los efectos de las mutaciones en una pizarra en blanco.

Para hacer sus modelos de melanoma, el equipo usó Cas9, la proteína de edición CRISPR, para instalar mutaciones comúnmente vistas en el melanoma en los genes CDKN2A, BRAF y TERT. Juntas, las tres mutaciones hicieron que las células se comportaran como cáncer, dividiéndose indefinidamente.

A continuación, los investigadores agregaron diferentes combinaciones de mutaciones adicionales en genes de melanoma conocidos, PTEN, TP53 y APC, lo que dio como resultado nueve modelos de células diferentes que el equipo luego implantó en ratones. Los animales desarrollaron tumores que mostraban una pigmentación y una arquitectura celular similares a los tumores humanos. La secuenciación de ARN de una sola célula reveló que a medida que se añadían más mutaciones, las células cambiaban gradualmente sus programas de expresión génica y que los modelos de tumores animales tenían patrones de expresión génica similares a los de los tumores de pacientes con el mismo genotipo, algo que los investigadores se sorprendieron al observar. «Esto sería algo tan imposible de imitar para nosotros si nos propusiéramos hacerlo en el laboratorio», dijo Hodis. «Estamos hablando de la expresión coordinada de miles de genes. Esta es una de las mejores pruebas que tenemos de que los melanomas que construimos ‘desde cero’ reflejan fielmente los melanomas que surgen en los pacientes».

Los melanomas son notorios por hacer metástasis en etapas tempranas, un proceso a menudo letal con una base genética poco clara. Hodis, Torlai Triglia y sus colaboradores encontraron que la metástasis a menudo ocurría en tumores con una mutación APC, lo que sugiere que la inactivación del gen podría contribuir a la capacidad de propagación de los tumores.

Hodis, Torlai Triglia y Regev planea usar su método para construir más modelos de cáncer y estudiar mutaciones que no se entienden bien. Dijeron que sus hallazgos subrayan la importancia de estudiar las interacciones entre genes en modelos de enfermedades, y que su enfoque puede ayudar a los científicos a estudiar cómo los tumores se vuelven resistentes a las terapias dirigidas, lo que no siempre puede explicarse por una sola mutación.

«Cada vez que presentamos este trabajo, la gente tiene todo tipo de ideas sorprendentes sobre cómo podrían ampliar nuestro método», dijo Torlai Triglia. «Tenemos muchas ganas de ver lo que otras personas hacen con él».

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Los científicos descubren una mutación genética que indica un melanoma agresivo Más información: Eran Hodis et al, Los modelos de melanoma humano editados paso a paso revelan el efecto de las mutaciones en el tumor y el microambiente, Science ( 2022). DOI: 10.1126/science.abi8175 Información de la revista: Science

Proporcionado por Broad Institute of MIT y Harvard Cita: Investigadores usan CRISPR para construir modelos de melanoma desde cero usando humanos cell (2022, 29 de abril) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-crispr-melanoma-human-cells.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.