$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Inżynieria edycji genomu pośredniczy w ukierunkowanych modyfikacjach genów w różnych komórkach i organizmach. U eukariontów mutageneza specyficzna dla miejsca może być wprowadzona przez zastosowanie nukleaz specyficznych dla sekwencji, które stymulują homologiczną rekombinację docelowego DNA1. W ostatnich latach pojawiło się kilka technologii edycji genomu, w tym nukleazy palców cynkowych (ZFN)2,3, aktywatory transkrypcji podobne do efektorów nukleazy (TALENs)4,5, oraz homing meganukleazy6,7, zostały zaprojektowane tak, aby rozszczepiać genomy w określonych miejscach, ale podejścia te wymagają złożonej inżynierii białek i zbędnych procedur eksperymentalnych. Badania wykazały, że system prokariotyczny typu II zgrupowany regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne (CRISPR)/Cas jest wydajną technologią edycji genów, która w szczególności pośredniczy w kierowanym przez RNA, specyficznym dla miejsca rozszczepieniu DNA w wielu różnych komórkach i gatunkach8,9,10,11. Technologia nokautu genów CRISPR/Cas9 zrewolucjonizowała dziedziny podstawowej biologii, biotechnologii i medycyny12.
Bakterie i większość archeonów wykształciły adaptacyjny system odpornościowy oparty na RNA, który wykorzystuje białka CRISPR i Cas do identyfikacji i niszczenia wirusów i plazmidów13. Streptococcus pyogenes (paciorkowiec pospolity) Endonukleaza Cas9 (SpCas9) zawiera podobną do RuvC resollawazę połączeniową Hollidaya (RuvC) i domenę His-Asn-His (HNH), które mogą skutecznie pośredniczyć w specyficznych dla sekwencji, dwuniciowych pęknięciach (DSB), dostarczając syntetyczny jednoprowadnicowy RNA (sgRNA) zawierający RNA CRISPR (crRNA) i transaktywujący crRNA (tracrRNA)14,15,16. DSB mogą być naprawiane przez niehomologiczny szlak łączenia końców tworzący indel (NHEJ) lub naprawę kierowaną homologią (HDR), który wprowadza wiele mutacji, w tym insercje, delecje lub substytucje pojedynczych nukleotydów bez blizn, w komórkach ssaków1,8. Zarówno podatny na błędy NHEJ, jak i szlak HDR o wysokiej wierności mogą być używane do pośredniczenia w nokautowaniu genów poprzez insercje lub delecje, co może powodować mutacje z przesunięciem ramki i przedwczesne kodony stop10.
Kinesin-7 CENP-E jest wymagany do przyłączania kinetochoru-mikrotubul i wyrównywania chromosomów podczas podziału komórki17,18,19. Mikroiniekcja przeciwciał20,21, zubożenie siRNA22,23, inhibicja chemiczna24,25,26 i delecja genetyczna27,28,29 CENP-E prowadzi do niewspółosiowości chromosomów, aktywacji punktu kontrolnego składania wrzeciona i defektów mitotycznych, co skutkuje aneuploidią i niestabilnością chromosomów19,30. U myszy delecja CENP-E powoduje nieprawidłowy rozwój i śmiertelność zarodka na bardzo wczesnych etapach rozwoju27,29,31. Genetyczna delecja CENP-E zwykle prowadzi do niewspółosiowości chromosomów i śmierci komórki26,27,29, co stanowi przeszkodę w badaniu funkcji i mechanizmów białek CENP-E.
Niedawne badanie ustaliło warunkową linię komórkową nokautującą CENP-E przy użyciu indukowanej auksyną metody edycji genów CRISPR/Cas932, która umożliwia szybką degradację białek CENP-E w stosunkowo krótkim czasie33. Jednak do tej pory nie ustalono stabilnych linii komórkowych z nokautem CENP-E, co jest nierozwiązanym wyzwaniem technicznym w biologii CENP-E. Biorąc pod uwagę odporność genetyczną34, odpowiedzi kompensacji genetycznej35,36,37, oraz złożone środowiska wewnątrzkomórkowe, ponieważ bezpośrednie konsekwencje całkowitego usunięcia CENP-E mogą być złożone i nieprzewidywalne, ważne jest ustalenie CENP-E Linie komórkowe nokautu do badania mechanizmów wyrównania chromosomów, punktu kontrolnego składania wrzeciona i dalszych szlaków sygnałowych.
Odkrycie i zastosowanie inhibitorów CENP-E są ważne w leczeniu raka. Do tej pory odkryto i zsyntetyzowano siedem typów inhibitorów CENP-E, w tym GSK923295 i jego pochodne24,25, PF-277138,39, imidazo[1,2-a]pochodne rusztowania pirydynowego40,41, compound-A42,43, syntelin44,45, UA6278446 i pochodne benzo[d]pyrrolo[2,1-b]tiazolu47. Wśród tych inhibitorów GSK923295 jest allosterycznym i skutecznym inhibitorem CENP-E, który wiąże się z domeną motoryczną CENP-E i hamuje aktywność ATPazy stymulowanej mikrotubulami CENP-E o Ki wynoszącym 3,2 ± 0,2 nM24,25. Jednak w porównaniu z hamującym działaniem GSK923295 na hodowane komórki nowotworowe, efekty terapeutyczne GSK923295 u pacjentów klinicznych z rakiem nie są idealne48,49, co również wzbudziło obawy co do specyficzności GSK923295 dla CENP-E. Co więcej, specyficzność i skutki uboczne innych inhibitorów CENP-E dla białek CENP-E są kluczowymi kwestiami w badaniach nad rakiem.
W tym badaniu całkowicie wyeliminowaliśmy gen CENP-E w komórkach HeLa za pomocą systemu CRISPR/Cas9. Ustanowiono trzy zoptymalizowane strategie badań przesiewowych opartych na fenotypie, w tym badania przesiewowe kolonii komórkowych, fenotypy dopasowania chromosomów i intensywność fluorescencji białek CENP-E, w celu poprawy skuteczności badań przesiewowych i wskaźnika powodzenia edycji genu CENP-E. Co więcej, linie komórkowe z nokautem CENP-E mogą być wykorzystywane do badania specyficzności związków kandydujących do CENP-E.