Wysokoprzepustowe badania przesiewowe RNAi całego genomu okazały się nieocenionym narzędziem do ujawniania biologicznych spostrzeżeń w różnych dziedzinach badań, w tym w biologii wirusów. W ciągu ostatniej dekady wiele grup podjęło zakrojone na szeroką skalę badania przesiewowe RNAi oparte na komórkach w celu szczegółowej identyfikacji genów gospodarza, które modulują replikację wirusa (Sprawdzone w1,2,3,4,5,6,7). Co ciekawe, wiele z tych badań przesiewowych przeprowadzono na komórkach nowotworowych, a kilka z nich zawierało wirusy, które są obecnie kandydatami na wirusy onkolityczne, w tym wirus krowianki8,9,10, wirus Myxoma11, wirus opryszczki pospolitej12, wirus pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej13,14 i wirus Maraba15. Podczas gdy większość tych badań skupiała się na identyfikacji czynników gospodarza, które wpływają na jakiś aspekt replikacji wirusa, a nie na identyfikacji celów bioterapeutycznych dla wzmocnienia terapii wirusem onkolitycznym, cenne dane można było wydobyć z tych zestawów danych w tym zakresie. Oczywiste jest, że potężny potencjał identyfikacji celów gospodarza, którymi można manipulować w celu wzmocnienia terapii wirusami onkolitycznymi, nie został w pełni wykorzystany.
Obecnie testowane jest mnóstwo platform wirusów onkolitycznych w badaniach przedklinicznych i klinicznych, w tym wirus opryszczki pospolitej, reowirus i wirus krowianki, które odniosły wyraźny sukces w późnych fazach badań klinicznych. W przypadku większości tych platform wysiłki zostały skierowane na zmianę genomów wirusa w celu ulepszenia terapii. Na przykład, aby zwiększyć swoistość nowotworu, określone geny wirusa zostały usunięte lub zmutowane, aby znacznie ograniczyć replikację wirusa w normalnych komórkach, ale nie w komórkach nowotworowych. W niektórych przypadkach dodano transgeny, takie jak GM-CSF (czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów granulocytów) w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej lub NIS (symporter jodku sodu), aby umożliwić obrazowanie in vivo i wychwyt radioaktywnego jodku w celach terapeutycznych. Jednak przeprowadzono bardzo niewiele prac skoncentrowanych na manipulowaniu genami gospodarza/guza i badaniu wpływu genów gospodarza/guza na replikację wirusa onkolitycznego. Wraz z pojawieniem się technologii wysokoprzepustowych badań przesiewowych, możliwe jest teraz sondowanie interakcji gospodarz-wirus w skali genomu i rozszyfrowywanie możliwości manipulowania genomem gospodarza w celu wzmocnienia terapii wirusami onkolitycznym (Recenzja w16,17,18).
Przedstawiliśmy pierwsze badanie, które demonstruje dowód słuszności koncepcji wykorzystania wysokoprzepustowych badań genetycznych do identyfikacji celów gospodarza, którymi można manipulować w celu wzmocnienia terapii wirusem onkolitycznym. Aby odkryć geny gospodarza, które modulują onkolizę wirusa Maraba, onkolitycznego rabdowirusa będącego obecnie testowanym w badaniach fazy I i II, przeprowadziliśmy badania przesiewowe RNAi całego genomu na trzech różnych liniach komórek nowotworowych w dwóch egzemplarzach z biblioteką siRNA (krótkie interferujące RNA) ukierunkowaną na 18 120 genów15. Analiza szlaków trafień zidentyfikowanych na ekranach ujawniła wzbogacenie elementów szlaków odpowiedzi na stres ER (retikulum endoplazmatyczne). Wybraliśmy 10 trafień w ramach tych ścieżek do wtórnej walidacji przy użyciu siRNA z różnymi sekwencjami docelowymi niż te z pierwotnego ekranu. W ramach walidacji trzeciorzędowej przeprowadziliśmy eksperyment ratunkowy z IRE1α (enzymem alfa wymagającym inozytolu), aby potwierdzić, że trafienie było celne. Testy in vitro i in vivo z użyciem małocząsteczkowego inhibitora IRE1α wykazały radykalnie zwiększoną skuteczność onkolityczną.
Workenhe et al.12 przeprowadził również badanie przesiewowe RNAi całego genomu, korzystając z puli lentiwirusowej biblioteki shRNA (short hairpin) skierowanej do 16 056 genów, aby zidentyfikować czynniki gospodarza ograniczające onkolizę komórek raka piersi z mutacją ludzkiego wirusa opryszczki pospolitej typu 1 (HSV-1) KM100. W pierwotnym badaniu przesiewowym zidentyfikowali 343 geny, których eliminacja prowadzi do zwiększonej cytotoksyczności komórek zakażonych KM100 w porównaniu z pozorowanymi komórkami; Wybrano 24 z tych genów do wtórnej walidacji. Spośród 24 genów, 8 genów zostało potwierdzonych w wtórnym badaniu przesiewowym, a jednym z nich był SRSF2 (czynnik splicingu bogaty w serynę/argininę 2), który został następnie potwierdzony za pomocą genetycznego eksperymentu ratunkowego podczas walidacji trzeciorzędowej. Grupa zidentyfikowała chemioterapeutyk inhibitora topoizomerazy DNA, który zmniejszył fosforylację SRSF2 i wykazał, że skojarzone leczenie HSV-1 KM100 z tym inhibitorem prowadzi do wydłużenia przeżycia myszy z guzem TUBO.
W wyżej wymienionych badaniach zastosowano podobny przebieg pracy. Każdy z nich rozpoczynał się od podstawowego badania przesiewowego RNAi obejmującego cały genom, po którym następowało wtórne badanie przesiewowe na wybranej liczbie trafień zidentyfikowanych w pierwotnym badaniu przesiewowym. Następnie przeprowadzono trzeciorzędowe badania walidacyjne, które obejmowały potwierdzenie, że trafienie było celowe, poprzez przeprowadzenie genetycznych eksperymentów ratunkowych in vitro, z ostateczną walidacją przeprowadzoną poprzez manipulowanie docelowym produktem genowym in vivo. W tym artykule najpierw przedstawiamy ogólny protokół opracowywania i walidacji wysokoprzepustowego testu przesiewowego siRNA, który obejmuje określenie optymalnych warunków transfekcji, ilości wirusa i czasu trwania infekcji. Oferujemy również szczegółowy protokół przeprowadzania pierwszorzędowego i wysokoprzepustowego badania przesiewowego siRNA, a także ogólny opis metody przeprowadzania walidacji wtórnego badania przesiewowego i walidacji trzeciorzędowej.