WellcomeSanger研究所的研究人員和合作者使用人類干細胞和神經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“人類誘導多能干細胞和神經元中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，旨在解釋決定基因對CRISPR激活反應程度的規(guī)則，確保未來的研究可以設計為盡可能高效。
CRISPR激活(CRISPRa)是CRISPR基因編輯的一種，用于過度表達某些基因。科學家們表示，盡管這種技術被廣泛使用，但預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。
干擾轉錄的關鍵工具
“CRISPR激活(CRISPRa)是擾亂轉錄的重要工具，但其有效性因靶基因而異。我們使用具有數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?；A表達水平受到基因組背景的影響，并在分化為神經元的過程中發(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基因表達反相關，而dCas9-p300在干細胞中無效。某些染色質狀態(tài)(例如二價染色質)對dCas9-VPR特別敏感，而組成型異染色質反應較差。我們在內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錄組的變化，有時會顯示出分化細胞的特征。
“我們的數據提供了預測CRISPRa結果的規(guī)則，并強調了它在篩選驅動干細胞分化的因素方面的實用性。”
研究人員發(fā)現，雖然大多數基因可以被CRISPRa激活，但并非每個細胞的反應程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制調節(jié)因子的基因因此免受激活，表現出更大的反應變化。[Shiroonsov/蓋蒂圖片社]
這項新研究在人類干細胞系基因組的數千個點上整合了一個標記基因，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)現了影響CRISPRa效率的多個特征，包括表達水平、染色質狀態(tài)、細胞狀態(tài)和基因位置。他們發(fā)現二價基因是關鍵的發(fā)育調節(jié)基因，在同一區(qū)域同時具有抑制和激活標記，可以被CRISPRa強力激活。他們還發(fā)現，CRISPRa可以達到相同的過表達水平，這是驅動細胞狀態(tài)發(fā)生顯著變化并導致細胞分化所必需的。
團隊發(fā)現了不同的反應
研究小組發(fā)現，雖然大多數基因可以被CRISPRa激活，但并非每個細胞的反應程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制調節(jié)因子的基因因此免受激活，表現出更大的反應變化。
研究人員補充說，這些數據表明CRISPRa通常適用于染色質狀態(tài)和細胞類型，并強調了影響基因激活程度的因素以及重現效果的難易程度。研究小組指出，了解這些因素對于CRISPRa篩選的設計和分析非常重要，CRISPRa篩選用于尋找與遺傳疾病有關的基因。
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確的體內細胞類型模型，從而有助于遺傳疾病和再生醫(yī)學的研究。”
“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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