深入人类基因组!CRISPR 的大规模人类基因型-表型图谱已完成

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在人类基因组计画完成 20 年后,科学家已经超越了单纯的基因序列,提出了人类细胞中表达的基因的第一个全面功能图谱。一份《细胞》期刊中发表的研究论文提出了基因组规模的 Perturb-seq 的基因型-表型图谱的结果,这项研究是一种结合基于 CRISPR 的基因筛选、和单细胞 RNA 定序的实验方法。

有了这个数据库,研究人员可以筛选出基因型-表型的关系,而无需进行任何实验。研究人员可利用该数据库来观察功能未知的基因对细胞的影响,调查线粒体反应,并筛选出导致染色体丢失 / 增加的基因,这种表型在过去曾被证实为难以研究。

研究提倡:在设计治疗方法时宜谨慎应用 CRISPR 技术(基因线上国际版)

用 CRISPR-Cas9 基因组编辑对细胞进行定序

Perturb-seq 方法于 2016 年首次公开发表,它使用了 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术,将遗传变异引入细胞,然后利用单细胞 RNA 定序来筛选由特定遗传变化导致的 RNA 表达的资讯。由于 RNA 控制细胞行为的各个方面,该方法可以解码由基因变化引起的许多细胞效应。

自 2016 年首次发表以来,研究人员一直致力扩大定序技术的规模,并将其应用在小规模研究中。在今次发表的新研究中,合作者将该方法扩展到整个人类基因组。研究人员使用人类血癌细胞系以及非癌性视网膜细胞,在超过 250 万个细胞中使用 Perturb-seq,并利用所得的资料建立了一个将基因型与表型联系起来的整体图谱。

将基因型-表型图谱付诸应用

论文的作者在完成数据库后研究了功能未知的基因,因为该数据库也呈现了许多已知的基因表型,他们可以利用这些资料与未知的基因进行比较,寻找类似的转录结果,从而将基因产物拼凑成更大型的复合物的一部分。

C7orf26 基因的突变吸引了研究人员的注意,他们注意到该基因的移除会产生类似的表型,该表型是 Integrator 蛋白复合体的一部分,该复合体有份参与小核 RNA(snRNA)的合成过程。Integrator 复合体是由多个较小型的蛋白质次单元组成——先前的研究已经发现了 14 个单独的蛋白质。而研究人员今次成功确认 C7orf26 构成了复合体的第 15 个组成部分,足以显示这种全新的自上而下视角的力量。

该论文的共同第一作者、前任麻省理工学院 Weissman 实验室博士后研究员 Tom Norman 指出 Perturb-seq 的优势在于它可以让研究者不偏不倚地获得一个大型数据集合。

研究人员希望在未来将 Perturb-seq 应用于原始癌细胞系以外的细胞,也希望继续探索他们建立的基因功能图谱。Norman表示这个图谱是论文作者及其他合作者多年工作的结晶,并期盼计划能继续取得成功、规模不断扩大。

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

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参考资料:

  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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