Home » Экран CRISPR расширяет и ускоряет изучение функций генов разных типов клеток

Экран CRISPR расширяет и ускоряет изучение функций генов разных типов клеток

Новый метод скрининга CRISPR, разработанный в Scripps Research, может улучшить исследования генетических основ заболеваний и расстройств человека. Метод был изложен в Клеткав статье под названием «Массовая параллель Perturb-seq in vivo выявляет транскрипционные сети, специфичные для типов клеток, в развитии коры».

Авторы статьи во главе с Синь Цзинь, доктором философии, нейробиологом из Scripps Research, суммировали ограничения существующих экранов CRISPR: 1) Им трудно обеспечить масштабируемое мечение и возмущение достаточного количества клеток in vivo. 2) У них возникают трудности с деконволюцией идентичности возмущений каждой ячейки в разреженных данных омики одной ячейки. 3) Они полагаются на лентивирусные векторы, которые, как известно, имеют ограниченное проникновение in vivo и термостабильность, затрудняя системный скрининг в труднодоступных тканях, таких как центральная и периферическая нервная система.

Чтобы решить эти проблемы, Синь и его коллеги разработали основанную на AAV, широко параллельную платформу Perturb-seq in vivo для нацеливания на широкие ткани и типы клеток с характеристикой на основе экспрессии генов с разрешением отдельных клеток. Чтобы продемонстрировать платформу, ученые использовали ее для изучения развития эмбрионального мозга у мышей.

«Наш скрининг внутриутробного развития выявил плейотропные эффекты Foxg1, подчеркнув его жесткую регуляцию отдельных сетей, необходимых для спецификации клеточной судьбы кортикоталамических нейронов 6-го слоя», — пишут авторы статьи. «Примечательно, что наша платформа может маркировать >6% клеток головного мозга, что превосходит нынешнюю современную эффективность при

Вид мозга с выражением возмущения. [Scripps Research]Джин объяснил, что новый метод может помочь исследователям более детально исследовать болезни: «Мы знаем, что определенные генетические вариации в нашем геноме могут сделать нас уязвимыми или устойчивыми к различным заболеваниям, но какие конкретные типы клеток стоят за болезнью? Какие области мозга восприимчивы к геномным мутациям в этих клетках? Именно на такие вопросы мы пытаемся ответить.

Read more:  Предоставление маленьким детям арахиса может снизить риск аллергии

«С помощью этой новой технологии мы хотим построить более динамичную картину по регионам мозга, по типам клеток и по времени развития заболевания, и действительно начать понимать, как произошло заболевание, и как разработать меры вмешательства».

Благодаря более чем десятилетним усилиям в области генетики человека учёные получили доступ к длинным спискам генетических изменений, которые способствуют целому ряду заболеваний человека, но знание того, как ген вызывает болезнь, сильно отличается от знания того, как лечить саму болезнь. Каждый ген риска может влиять на один или несколько различных типов клеток. Понимание того, как эти типы клеток – и даже отдельные клетки – влияют на ген и прогрессирование заболевания, является ключом к пониманию того, как в конечном итоге лечить это заболевание.

Вот почему Цзинь вместе с первым автором исследования Синьхэ Чжэном, кандидатом наук и научным сотрудником Фрэнка Дж. Диксона в Scripps Research, совместно изобрели новую технику, названную in vivo Perturb-seq. Этот метод использует технологию CRISPR-Cas9 и транскриптомный анализ отдельных клеток для измерения его воздействия на клетку: по одной клетке за раз. Используя CRISPR-Cas9, ученые могут вносить точные изменения в геном во время развития мозга, а затем внимательно изучать, как эти изменения влияют на отдельные клетки, используя транскриптомный анализ отдельных клеток — для десятков тысяч клеток параллельно.

«Наша новая система может измерять реакцию отдельных клеток после генетических нарушений, а это означает, что мы можем нарисовать картину того, являются ли определенные типы клеток более восприимчивыми, чем другие, и реагируют ли они по-разному, когда происходит конкретная мутация», — сказал Джин.

Раньше метод внедрения генетических возмущений в ткань мозга был очень медленным, часто занимавшим дни или даже недели, что создавало неоптимальные условия для изучения функций генов, связанных с развитием нервной системы. Но новый метод скрининга Джина позволяет быстро экспрессировать агенты возмущения в живых клетках в течение 48 часов. Это означает, что ученые могут быстро увидеть, как конкретные гены функционируют в разных типах клеток, за очень короткий промежуток времени.

Read more:  Почему Джек с Титаника не спасся на доске в Роуз

Этот метод также обеспечивает уровень масштабируемости, который ранее был невозможен: исследовательская группа смогла профилировать более 30 000 клеток всего за один эксперимент, что в 10-20 раз быстрее, чем при использовании традиционных подходов. Во многих областях мозга, которые они исследовали, например, в мозжечке, им удалось собрать десятки тысяч клеток, которых предыдущие методы маркировки не могли достичь.

В пилотном исследовании с использованием этой новой технологии интерес Джин и ее команды возрос, когда они увидели, что генетическое возмущение вызывает разные эффекты при воздействии на разные типы клеток. Это важно, поскольку затронутые типы клеток являются местом действия определенных заболеваний или генетических вариантов. «Несмотря на меньшую популяционную представленность, некоторые малочисленные типы клеток могут оказывать более сильное влияние, чем другие, из-за генетических нарушений, и когда мы систематически смотрим на другие типы клеток по множеству генов, мы видим закономерности. Вот почему разрешение отдельных ячеек — возможность изучить каждую клетку и то, как каждая из них ведет себя — может предложить нам систематическое представление», — сказал Джин.

Имея в руках новую технологию, Джин планирует применить ее, чтобы лучше понять нервно-психические состояния и то, как определенные типы клеток соотносятся с различными областями мозга. Забегая вперед, Джин говорит, что ей очень приятно видеть, что этот тип технологии применяется к дополнительным типам клеток в других органах тела, чтобы лучше понять широкий спектр заболеваний с точки зрения тканей, развития и старения.

2024-05-20 21:30:08


1716241208
#Экран #CRISPR #расширяет #ускоряет #изучение #функций #генов #разных #типов #клеток

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.