深入人類基因組!CRISPR 的大規模人類基因型-表型圖譜已完成

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在人類基因組計畫完成 20 年後,科學家已經超越了單純的基因序列,提出了人類細胞中表達的基因的第一個全面功能圖譜。一份《細胞》期刊中發表的研究論文提出了基因組規模的 Perturb-seq 的基因型-表型圖譜的結果,這項研究是一種結合基於 CRISPR 的基因篩選、和單細胞 RNA 定序的實驗方法。

有了這個資料庫,研究人員可以篩選出基因型-表型的關係,而無需進行任何實驗。研究人員可利用該資料庫來觀察功能未知的基因對細胞的影響,調查線粒體反應,並篩選出導致染色體丟失 / 增加的基因,這種表型在過去曾被證實為難以研究。

研究提倡:在設計治療方法時宜謹慎應用 CRISPR 技術(基因線上國際版)

用 CRISPR-Cas9 基因組編輯對細胞進行定序

Perturb-seq 方法於 2016 年首次公開發表,它使用了 CRISPR-Cas9 基因組編輯技術,將遺傳變異引入細胞,然後利用單細胞 RNA 定序來篩選由特定遺傳變化導致的 RNA 表達的資訊。由於 RNA 控制細胞行為的各個方面,該方法可以解碼由基因變化引起的許多細胞效應。

自 2016 年首次發表以來,研究人員一直致力擴大定序技術的規模,並將其應用在小規模研究中。在今次發表的新研究中,合作者將該方法擴展到整個人類基因組。研究人員使用人類血癌細胞系以及非癌性視網膜細胞,在超過 250 萬個細胞中使用 Perturb-seq,並利用所得的資料建立了一個將基因型與表型聯繫起來的整體圖譜。

將基因型-表型圖譜付諸應用

論文的作者在完成資料庫後研究了功能未知的基因,因為該資料庫也呈現了許多已知的基因表型,他們可以利用這些資料與未知的基因進行比較,尋找類似的轉錄結果,從而將基因產物拼湊成更大型的複合物的一部分。

C7orf26 基因的突變吸引了研究人員的注意,他們注意到該基因的移除會產生類似的表型,該表型是 Integrator 蛋白複合體的一部分,該複合體有份參與小核 RNA(snRNA)的合成過程。Integrator 複合體是由多個較小型的蛋白質次單元組成——先前的研究已經發現了 14 個單獨的蛋白質。而研究人員今次成功確認 C7orf26 構成了複合體的第 15 個組成部分,足以顯示這種全新的自上而下視角的力量。

該論文的共同第一作者、前任麻省理工學院 Weissman 實驗室博士後研究員 Tom Norman 指出 Perturb-seq 的優勢在於它可以讓研究者不偏不倚地獲得一個大型數據集合。

研究人員希望在未來將 Perturb-seq 應用於原始癌細胞系以外的細胞,也希望繼續探索他們建立的基因功能圖譜。Norman表示這個圖譜是論文作者及其他合作者多年工作的結晶,並期盼計劃能繼續取得成功、規模不斷擴大。

作者:Fujie Tham
編譯:Richard Chou
原文:Massive Human CRISPR-Based Genotype-Phenotype Map Is Now Complete – GeneOnline News

延伸閱讀:結合 AI 人工智慧與 CRISPR 基因編輯技術,調控表觀遺傳學的基因表現!

參考資料:

  1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00597-9
  2. https://news.mit.edu/2022/crispr-based-map-ties-every-human-gene-to-its-function-0609

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