在《自然遗传学》杂志上最近发表的一项研究中,科学家们对BRCA1相关蛋白1基因(BAP1)进行了全面的饱和基因组编辑(SGE),揭示了该基因在癌症和神经发育障碍中的重要作用。 研究背景 BAP1基因的功能丧失突变会导致肿瘤易感性,并与神经发育问题相关。许多BAP1基因变异的致病性仍不明了,这些未知变异会导致患者在治疗过程中面临挑战。确定这些变异的功能对于识别高危人群并制定个性化治疗方案至关重要。 研究目标 此次研究的主要目标是通过SGE技术,深入探讨BAP1基因中的单核苷酸变异,提升精准医疗的水平。研究人员特别关注那些意义不明的变异(VUS),以评估其在癌症和神经发育疾病中的作用。他们还研究了这些变异与皮肤黑色素瘤、葡萄膜黑色素瘤、胆管癌、间皮瘤、脑膜瘤和肾癌等多种癌症的关系。 研究方法 研究团队进行了广泛的实验,对18,108个不同的BAP1变异进行了分析,其中6,196个显示出异常功能。他们利用这些数据评估了英国生物库、基于人群的肿瘤收集、癌症谱系和ClinVar中的表型关系。 研究人员开发了一种HAP1
DNA连接酶4(LIG4)敲除菌株,改进了质粒和转染方法,筛选了所有BAP1编码外显子。此外,他们进行了针对每个SGE区域的多项独立研究。细胞适应度被用作BAP1功能的生物学指标,展示了其在HAP1细胞中的重要性以及SGE的有效性。 数据分析 研究团队对基因结构和保守性进行了详细分析,将变异分为不同的功能类别。功能评分被用来分类变异,错误发现率(FDR)≥0.01的变异被归类为未改变的变异,而FDR≤0.01且功能评分为负的变异被归类为缺失的变异。FDR≤0.01且功能评分为正的变异被归类为富集的变异。 他们将这些结果与SGE结果进行了比较,并通过不同基因组编辑研究的log2倍数变化(LFC)来测试每个变异的功能评分和分类的可靠性。 研究结果 该研究发现,破坏性、非同义型的BAP1种系突变与癌症诊断和胰岛素样生长因子1(IGF-1)水平升高相关,暗示可能存在致病机制和潜在治疗靶点。功能评分精确地分类了变异,灵敏度超过99%,特异性超过98%,曲线下面积(AUC)值超过0.999。 改进的SGE方法通过在HAP1 LIG4
KO细胞系中建立BAP1的必需性,增加Cas9活性并维持稳健的单倍体,提高了实验的质量。改进的SGE程序将HAP1细胞中的转染效率从5%以下提高到60%以上。BAP1的必需性使得突变后果的分离成为可能,其中停止增益和移码变体的功能评分主要为负值。 错义变异和密码子缺失的评分呈双峰分布,使研究人员能够精确定位关键的BAP1蛋白残基和结构域。在18,108个BAP1变异中,11,912个是恒定的,5,665个是缺失的,531个是富集的。未改变的变异没有进行功能评估,但富集的变异获得了更好的评分。研究中还观察到了一些缺失的同义变异,这些变异显示出比未改变的同义变异更高的SpliceAI评分。 结论 这项研究表明,通过SGE对基因座进行广泛的功能评估,可以显著改善患者的诊断、对疾病原因的生物学理解以及对基因和蛋白质功能的基本理解。研究结果为未来的精准医疗和个性化治疗方案提供了坚实的基础,有望为更多癌症和神经发育障碍患者带来福音。