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癌スフェロイドにおけるCRISPRスクリーンは3次元成長特異的な脆弱性を特定する
CRISPR screens in cancer spheroids identify 3D growth-specific vulnerabilities.
PMID: 32238925 PMCID: PMC7368463. DOI: 10.1038/s41586-020-2099-x.
抄録
癌ゲノミクス研究により、何千もの癌ドライバー遺伝子が同定されている。これらの遺伝子の機能を定義するためのハイスループットかつ正確なモデルの開発は大きな課題である。ここでは、スケーラブルながんスフェロイドモデルを考案し、2次元単分子膜と3次元肺がんスフェロイドを用いてゲノムワイドなCRISPRスクリーニングを行った。3DでのCRISPR表現型は、より正確にin vivoの腫瘍の表現型を再現し、2Dと3Dの間で異なる感受性を持つ遺伝子は、肺癌で変異している遺伝子のために非常に濃縮されていました。また、これらの解析により、3Dとin vivoではがんの増殖に必須であるが、2Dでは必須ではないドライバーが明らかになった。特筆すべきは、カルボキシペプチダーゼDが、インスリン様成長因子1受容体のα鎖から、受容体活性に重要なC末端RKRRモチーフの除去に関与していることを発見したことである。カルボキシペプチダーゼDの発現は肺がん患者の転帰と相関しており、カルボキシペプチダーゼDの欠損は腫瘍の成長を減少させた。我々の結果は、2次元と3次元の癌モデル間の重要な違いを明らかにし、癌の脆弱性を明らかにするためにスフェロイドでCRISPRスクリーニングを実行するための一般化可能な戦略を確立しました。
Cancer genomics studies have identified thousands of putative cancer driver genes. Development of high-throughput and accurate models to define the functions of these genes is a major challenge. Here we devised a scalable cancer-spheroid model and performed genome-wide CRISPR screens in 2D monolayers and 3D lung-cancer spheroids. CRISPR phenotypes in 3D more accurately recapitulated those of in vivo tumours, and genes with differential sensitivities between 2D and 3D conditions were highly enriched for genes that are mutated in lung cancers. These analyses also revealed drivers that are essential for cancer growth in 3D and in vivo, but not in 2D. Notably, we found that carboxypeptidase D is responsible for removal of a C-terminal RKRR motif from the α-chain of the insulin-like growth factor 1 receptor that is critical for receptor activity. Carboxypeptidase D expression correlates with patient outcomes in patients with lung cancer, and loss of carboxypeptidase D reduced tumour growth. Our results reveal key differences between 2D and 3D cancer models, and establish a generalizable strategy for performing CRISPR screens in spheroids to reveal cancer vulnerabilities.