WellcomeSanger研究所的研究人員和合作者使用人類干細胞和神經(jīng)元來研究哪些特征會影響CRISPR激活對不同基因組的作用。他們的研究“人類誘導(dǎo)多能干細胞和神經(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，用于過度表達某些基因?？茖W(xué)家們表示，盡管這種技術(shù)被廣泛使用，但預(yù)測其針對基因組中某些點時的效率可能具有挑戰(zhàn)性，這使得可靠地過度表達某些基因變得困難。
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)千個隨機整合的條形碼記者的人類多能干細胞來評估影響CRISPRa功效的表觀遺傳特征。基礎(chǔ)表達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)基因表達反相關(guān)，而dCas9-p300在干細胞中無效。某些染色質(zhì)狀態(tài)(例如二價染色質(zhì))對dCas9-VPR特別敏感，而組成型異染色質(zhì)反應(yīng)較差。我們在內(nèi)源基因上驗證了這些規(guī)則，并表明某些基因的激活會引起干細胞轉(zhuǎn)錄組的變化，有時會顯示出分化細胞的特征。
“我們的數(shù)據(jù)提供了預(yù)測CRISPRa結(jié)果的規(guī)則，并強調(diào)了它在篩選驅(qū)動干細胞分化的因素方面的實用性。”
研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)基因可以被CRISPRa激活，但并非每個細胞的反應(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]
這項新研究在人類干細胞系基因組的數(shù)千個點上整合了一個標(biāo)記基因，然后用CRISPRa激活該基因，以了解其成功之處。使用的干細胞系分化為神經(jīng)元，使團隊還可以收集不同細胞類型中CRISPRa效率的信息。
該團隊發(fā)現(xiàn)了影響CRISPRa效率的多個特征，包括表達水平、染色質(zhì)狀態(tài)、細胞狀態(tài)和基因位置。他們發(fā)現(xiàn)二價基因是關(guān)鍵的發(fā)育調(diào)節(jié)基因，在同一區(qū)域同時具有抑制和激活標(biāo)記，可以被CRISPRa強力激活。他們還發(fā)現(xiàn)，CRISPRa可以達到相同的過表達水平，這是驅(qū)動細胞狀態(tài)發(fā)生顯著變化并導(dǎo)致細胞分化所必需的。
團隊發(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，但并非每個細胞的反應(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)和細胞類型，并強調(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，了解這些因素對于CRISPRa篩選的設(shè)計和分析非常重要，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報告干細胞中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基因激活功能強大，足以誘導(dǎo)干細胞分化成其他細胞狀態(tài)。這表明CRISPRa篩選可用于尋找參與細胞過程的基因或生成更準(zhǔn)確的體內(nèi)細胞類型模型，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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