WellcomeSanger研究所的研究人員和合作者使用人類干細(xì)胞和神經(jīng)元來研究哪些特征會(huì)影響CRISPR激活對(duì)不同基因組的作用。他們的研究“人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和神經(jīng)元中CRISPR激活劑功效的大規(guī)模并行表征”發(fā)表在《分子細(xì)胞》雜志上，旨在解釋決定基因?qū)RISPR激活反應(yīng)程度的規(guī)則，確保未來的研究可以設(shè)計(jì)為盡可能高效。
CRISPR激活(CRISPRa)是CRISPR基因編輯的一種，用于過度表達(dá)某些基因。科學(xué)家們表示，盡管這種技術(shù)被廣泛使用，但預(yù)測(cè)其針對(duì)基因組中某些點(diǎn)時(shí)的效率可能具有挑戰(zhàn)性，這使得可靠地過度表達(dá)某些基因變得困難。
干擾轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵工具
“CRISPR激活(CRISPRa)是擾亂轉(zhuǎn)錄的重要工具，但其有效性因靶基因而異。我們使用具有數(shù)千個(gè)隨機(jī)整合的條形碼記者的人類多能干細(xì)胞來評(píng)估影響CRISPRa功效的表觀遺傳特征?；A(chǔ)表達(dá)水平受到基因組背景的影響，并在分化為神經(jīng)元的過程中發(fā)生顯著變化，”研究人員寫道。
“dCas9-VPR的基因激活在大多數(shù)基因組環(huán)境中都是成功的，包括發(fā)育抑制區(qū)域，并且激活水平與基礎(chǔ)基因表達(dá)反相關(guān)，而dCas9-p300在干細(xì)胞中無效。某些染色質(zhì)狀態(tài)(例如二價(jià)染色質(zhì))對(duì)dCas9-VPR特別敏感，而組成型異染色質(zhì)反應(yīng)較差。我們?cè)趦?nèi)源基因上驗(yàn)證了這些規(guī)則，并表明某些基因的激活會(huì)引起干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的變化，有時(shí)會(huì)顯示出分化細(xì)胞的特征。
“我們的數(shù)據(jù)提供了預(yù)測(cè)CRISPRa結(jié)果的規(guī)則，并強(qiáng)調(diào)了它在篩選驅(qū)動(dòng)干細(xì)胞分化的因素方面的實(shí)用性。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)基因可以被CRISPRa激活，但并非每個(gè)細(xì)胞的反應(yīng)程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制調(diào)節(jié)因子的基因因此免受激活，表現(xiàn)出更大的反應(yīng)變化。[Shiroonsov/蓋蒂圖片社]
這項(xiàng)新研究在人類干細(xì)胞系基因組的數(shù)千個(gè)點(diǎn)上整合了一個(gè)標(biāo)記基因，然后用CRISPRa激活該基因，以了解其成功之處。使用的干細(xì)胞系分化為神經(jīng)元，使團(tuán)隊(duì)還可以收集不同細(xì)胞類型中CRISPRa效率的信息。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了影響CRISPRa效率的多個(gè)特征，包括表達(dá)水平、染色質(zhì)狀態(tài)、細(xì)胞狀態(tài)和基因位置。他們發(fā)現(xiàn)二價(jià)基因是關(guān)鍵的發(fā)育調(diào)節(jié)基因，在同一區(qū)域同時(shí)具有抑制和激活標(biāo)記，可以被CRISPRa強(qiáng)力激活。他們還發(fā)現(xiàn)，CRISPRa可以達(dá)到相同的過表達(dá)水平，這是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞狀態(tài)發(fā)生顯著變化并導(dǎo)致細(xì)胞分化所必需的。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了不同的反應(yīng)
研究小組發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)基因可以被CRISPRa激活，但并非每個(gè)細(xì)胞的反應(yīng)程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制調(diào)節(jié)因子的基因因此免受激活，表現(xiàn)出更大的反應(yīng)變化。
研究人員補(bǔ)充說，這些數(shù)據(jù)表明CRISPRa通常適用于染色質(zhì)狀態(tài)和細(xì)胞類型，并強(qiáng)調(diào)了影響基因激活程度的因素以及重現(xiàn)效果的難易程度。研究小組指出，了解這些因素對(duì)于CRISPRa篩選的設(shè)計(jì)和分析非常重要，CRISPRa篩選用于尋找與遺傳疾病有關(guān)的基因。
需要進(jìn)一步的研究來繼續(xù)添加這些規(guī)則，并看看不同的CRISPRa或CRISPR干擾技術(shù)是否有類似的行為。
“我們的研究建立了一個(gè)報(bào)告干細(xì)胞中CRISPR激活有效性的系統(tǒng)，使我們能夠更好地了解CRISPRa如何在多種細(xì)胞狀態(tài)下發(fā)揮作用，”來自WellcomeSanger的第一作者qianxinWu博士說。“我們還表明，CRISPR基因激活功能強(qiáng)大，足以誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成其他細(xì)胞狀態(tài)。這表明CRISPRa篩選可用于尋找參與細(xì)胞過程的基因或生成更準(zhǔn)確的體內(nèi)細(xì)胞類型模型，從而有助于遺傳疾病和再生醫(yī)學(xué)的研究。”
“通過系統(tǒng)地研究影響CRISPRa效率的因素，我們創(chuàng)建了一套規(guī)則，顯示它在哪里最有效或最不有效，并加深了我們對(duì)所涉及因素的理解，”資深作者AndrewBassett博士指出。來自威康桑格研究所。
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