CRISPR/Cas9-mediated miR-155 knockout suppresses glioblastoma cell proliferation through TP53INP1/p53/p21 activation

Stellen Sie sich vor, Ihr Körper wäre eine geschäftige Stadt, und in dieser Stadt ist jede Zelle ein Arbeiter mit einer spezifischen Aufgabe. Manchmal erhält ein Arbeiter ein schlechtes Handbuch, das ihm sagt, die „Stopp“-Schilder zu ignorieren und ewig weiter zu multiplizieren. Wenn das im Gehirn passiert, entsteht eine sehr gefährliche, schnell wachsende Menge, die man Glioblastom nennt. Wissenschaftler versuchen seit langem herauszufinden, wie man diese Menge am Wachsen hindert. Eines der Werkzeuge, das sie untersuchen, ist ein winziges Molekül namens microRNA. Denken Sie an microRNAs als die „Editoren“ oder „Verkehrskontrolleure“ der Stadt. Sie bauen nicht die Straßen oder die Gebäude, sondern halten ein Klemmbrett und sagen anderen Genen, wann sie hart arbeiten und wann sie eine Pause machen sollen. Ein spezieller Editor namens miR-155 hat sich in Hirntumoren wie ein chaotischer Verkehrspolizist verhalten und oft den schlechten Zellen gesagt: „Weiter so, mach schneller und ignoriere die Regeln.“ Aber Wissenschaftler waren sich nicht ganz sicher, ob das Stoppen dieses einen Editors tatsächlich den Tumor stoppen würde oder ob der Tumor zu schlau wäre und einfach einen anderen Weg finden könnte.

In dieser Studie beschlossen Forscher, nicht mehr nur zu raten, sondern zu editieren. Sie verwendeten ein leistungsstarkes genetisches Werkzeug namens CRISPR/Cas9, das wie eine molekulare Schere fungiert, um das Gen, das miR-155 herstellt, in zwei verschiedenen Arten von Gehirntumorzellen dauerhaft auszuschneiden. Sie wollten sehen, was passiert, wenn diese Zellen ihren „chaotischen Editor“ für immer verlieren, statt ihn nur vorübergehend auszuschalten. Sie fanden heraus, dass die Tumorzellen, als sie miR-155 herausschnitten, nicht nur ein wenig langsamer wurden, sondern voll auf die Bremsen traten. Die Zellen hörten auf, so schnell zu multiplizieren, und aktivierten ein „Selbstkontrollsystem“, das einer Zelle sagt, die Teilung einzustellen. Dieses System beinhaltet ein berühmtes Protein namens p53 (oft als „Wächter des Genoms“ bezeichnet) und seine Helfer, TP53INP1 und p21. Es ist, als ob die Zellen ohne den chaotischen Editor endlich die Alarmglocke gehört hätten und beschlossen hätten, sich hinzusetzen und eine Pause zu machen.

Die Geschichte wird jedoch noch interessanter, weil die zwei Arten von Tumorzellen, die sie getestet haben, auf dieselbe Bearbeitung unterschiedlich reagierten. Während beide Zelltypen langsamer wuchsen, änderten sie ihre „Persönlichkeit“ nicht auf die gleiche Weise. Ein Zelltyp (T98G) schien seine Fähigkeit zu verlieren, an Dingen festzukleben und sich zu bewegen, während der andere (U87) seine Bewegungsgewohnheiten nicht so stark änderte. Die Forscher fanden heraus, dass das Entfernen von miR-155 zwar eine großartige Methode war, um das Wachstum der Zellen zu stoppen, es aber nicht vollständig schaffte, die Zellen in jeder anderen Hinsicht „böse“ zu machen, wie etwa beim Eindringen in neues Territorium. Es ist, als würde man einem Autofahrer den Führerschein entziehen: Das Auto bewegt sich nicht mehr vorwärts, aber der Motor läuft vielleicht immer noch, und das Auto kann sich immer noch ein wenig bewegen, wenn man es schubst.

Die Geschichte der genetischen Scheren

Was genau haben die Wissenschaftler also gemacht? Sie nahmen zwei berühmte Gehirntumor-Zelllinien, benannt als U87 und T98G, und gaben ihnen ein dauerhaftes Makeover mittels CRISPR/Cas9. Denken Sie an diese Zellen als zwei verschiedene Nachbarschaften in derselben Stadt. Die Forscher verwendeten ihre molekularen Scheren, um die spezifischen DNA-Anweisungen für miR-155 auszuschneiden. Sie haben nicht nur die Lautstärke gedreht; sie haben den gesamten Lautsprecher entfernt. Sie erzeugten „Knockout“-Versionen dieser Zellen, was bedeutet, dass sie null miR-155 besaßen.

Nachdem sie diese neuen, editierten Zellen erhalten hatten, stellten sie sie auf die Probe. Zuerlich prüften sie, ob die Zellen noch am Leben und zufrieden waren. Die Antwort war nein. Die Zellen ohne miR-155 waren viel weniger wahrscheinlich in der Lage zu überleben und zu wachsen. Als die Wissenschaftler nachsahen, wie viele neue Kolonien von Zellen entstehen konnten, waren die editierten Zellen viel schlechter darin als die normalen. Es war, als hätten die Zellen ihren Ehrgeiz verloren, eine neue Nachbarschaft zu bauen.

Um zu verstehen, warum dies geschah, lasen die Forscher die internen „Anleitungen“ der Zellen mittels einer Technik namens RNA-Sequenzierung. Dies ist vergleichbar mit dem Lesen jeder einzelnen Seite der Bibliothek einer Zelle, um zu sehen, welche Bücher häufiger gelesen und welche ignoriert werden. Sie fanden heraus, dass das Entfernen von miR-155 tausende von Genen veränderte. Aber hier ist der coole Teil: Obwohl die beiden Zelltypen (U87 und T98G) ihre Bibliotheken auf unterschiedliche Weise änderten, stimmten sie sich in einer großen Geschichte ein.

In beiden Zelltypen verursachte die Entfernung von miR-155, dass eine spezifische Gruppe von „Stopp“-Signalen aktiviert wurde. Die Forscher fanden heraus, dass ein Gen namens TP53INP1 plötzlich sehr aktiv wurde. Denken Sie an TP53INP1 als einen Vorarbeiter, der den Chef, p53, weckt. Sobald p53 wach ist, ruft er einen Sicherheitsmann namens p21 herbei. Dieser Sicherheitsmann p21 stellt sich vor den „Motor starten“-Knopf der Zelle und verweigert die Teilung der Zelle. Die Forscher sahen, dass in den editierten Zellen TP53INP1, p53 und p21 alle Überstunden machten. Sie bemerkten auch, dass die Zellen begannen, mehr ein „Selbstmord-Signal“ (Bax) zu produzieren und weniger ein „Überlebens-Signal“ (Bcl-2), was die Zellen fragiler machte und die Wahrscheinlichkeit verringerte, dass sie überleben.

Die Wendung: Nicht alle Zellen sind gleich

Während das „Wachstumsstopp“-Signal konsistent über beide Zelltypen hinweg war, war die Antwort bei den anderen Veränderungen gemischt. Die Forscher wollten wissen, ob das Entfernen von miR-155 auch die Zellen daran hindern würde, „maligne“ zu sein – das heißt, würden sie ihre Fähigkeit verlieren, in neue Gebiete einzudringen oder wie Stammzellen zu agieren?

Die Ergebnisse waren etwas überraschend. In den T98G-Zellen führte das Entfernen von miR-155 dazu, dass sie viele ihrer „Bösewicht“-Eigenschaften verloren. Sie produzierten weniger Proteine, die ihnen helfen, sich zu bewegen und die Form zu verändern (wie Twist, Snail und Vimentin). Es war, als hätten die T98G-Zellen plötzlich beschlossen, eher wie normale, ruhige Bürger zu sein. Die U87-Zellen hingegen änderten sich in dieser Hinsicht nicht so stark. Sie behielten viele ihrer „Bösewicht“-Proteine bei, wobei nur eines (TWIST) einen deutlichen Rückgang zeigte.

Als sie testeten, wie gut die Zellen sich bewegen und eindringen konnten, waren die Ergebnisse ebenfalls etwas uneinheitlich. Beide Zelltypen bewegten sich etwas langsamer, aber die T98G-Zellen hörten gar nicht auf zu invasiv zu sein, während die U87-Zellen dies taten. Dies deutet darauf hin, dass das Entfernen von miR-155 zwar ein wirkungsvoller Weg ist, um das Wachstum der Zellen zu stoppen, aber nicht automatisch jedes andere Problem des Tumors behebt. Die Zellen könnten immer noch in der Lage sein, sich in neue Räume zu winden, selbst wenn sie nicht so schnell wachsen.

Was das für das große Ganze bedeutet

Die wichtigste Erkenntnis dieser Studie ist, dass miR-155 ein Schlüsselspieler ist, der diese Gehirntumorzellen beschäftigt hält und sie wachsen lässt. Wenn man sie dauerhaft entfernt, treten die Zellen voll auf die Bremse, weil sie ein mächtiges „Stopp“-System aktivieren, das TP53INP1, p53 und p21 umfasst. Dies ist bedeutend, da es zeigt, dass die gezielte Bekämpfung dieses spezifischen Moleküls ein Weg sein könnte, um den Tumor zu verlangsamen.

Die Studie legt jedoch auch nahe, dass es kein Wundermittel ist, das alles behebt. Die Zellen verhielten sich nicht alle gleich, und sie verloren nicht alle ihre Fähigkeit, gefährlich zu sein. Die Forscher merkten an, dass ihre Experimente in einer Laborschale durchgeführt wurden, ohne die komplexe Umgebung eines echten menschlichen Körpers (wie das Immunsystem). Daher sind die Ergebnisse zwar sehr vielversprechend für das Verständnis, wie diese Zellen funktionieren, aber sie sind erst der erste Schritt. Die Studie legt nahe, dass wir, wenn wir dieses Wissen zur Behandlung von Patienten nutzen wollen, es vielleicht mit anderen Behandlungen kombinieren müssen, um die Teile des Tumors zu handhaben, die sich weiterhin bewegen.

Kurz gesagt: Die Wissenschaftler nutzten die genetische Schere, um einen chaotischen Editor auszuschneiden, und das Ergebnis war, dass die Tumorzellen endlich auf die „Stopp“-Schilder hörten. Aber genau wie im echten Leben ist das Stoppen des Wachstums nur ein Teil des Kampfes; die Zellen haben immer noch einige Tricks auf Lager, und die Wissenschaftler müssen weiterarbeiten, um auch diese zu stoppen.