Science:張鋒再發CRISPR新突破發現

【字體: 時間:2016年10月03日 來源:生物通

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  來自麻省理工學院,Broad研究院等處的研究人員利用一個大型單導向RNA(sgRNA)文庫,發現了影響癌癥患者耐藥性的基因的非編碼調控元件,這一重要的發現公布在9月29日的Science雜志上,同期雜志的另外一項獨立研究采用了一種高通量 CRISPRi 篩選技術,也在距離兩種疾病相關基因1Mb(兆堿基)處發現了非編碼元件。

  

——兩個獨立的研究小組分別證明了基于 CRISPR 的技術可以用于識別疾病相關基因的關鍵調控元件

生物通報道:來自麻省理工學院,Broad研究院等處的研究人員利用一個大型單導向RNA(sgRNA)文庫,發現了影響癌癥患者耐藥性的基因的非編碼調控元件,這一重要的發現公布在9月29日的Science雜志上,同期雜志的另外一項獨立研究采用了一種高通量 CRISPRi 篩選技術,也在距離兩種疾病相關基因1Mb(兆堿基)處發現了非編碼元件。

這兩項研究延伸了CRISPR在基礎研究中的應用,分別擴展了 CRISPRi和 CRISPR/Cas9 非編碼基因組篩選的應用范疇。

各家點評

雖然之前研究人員曾利用 CRISPR/Cas9 系統直接檢驗體內非編碼基因組元件,但目前的研究大多集中在大型篩選識別新的非編碼位點。

加州大學洛杉磯分校的合成生物學家Sriram Kosuri認為,“這(兩個CRISPR篩選研究)完成了迄今為止很難做到的靶向工作,也就是天然人類基因組中與重要表型相關序列中的非編碼區域?!?/p>

“研究人員從一種全新的角度,超越之前研究,利用 CRISPR工具解析了基因表達途徑,找到了遺傳途經如何影響耐藥性的分子機制,”來自耶魯大學醫學院的基因組研究員Sidi Chen點評道。

MD安德森癌癥中心的癌癥基因組研究員Traver Hart則認為,“這是第一次在基因組中系統直接的分析增強子區域?!?/p>

張鋒研究組成果

在第一項研究中,Broad研究院的張鋒研究組采用18,000 sgRNAs文庫在三個基因(CUL3,NF1 NF2)周圍100個堿基范圍內完成了一項715個堿基的CRISPR/Cas9 篩選。從中他們發現一些非編碼位點,這些位點如果發生突變,就會導致其中一個基因表達量降低。

之前的研究表明這些基因的功能缺失突變與癌癥藥物 vemurafenib的耐藥性有關,這種藥物能用于治療BRAF V600E突變的轉移性黑色素瘤,因此調控這些基因的啟動子和增強子元件備受關注。

這個研究組采用的方法并不是合成單個的 sgRNAs,而是將個體RNAs打印在類似雜交研究中的固體芯片上,然后切開RNAs,克隆進慢病毒載體中。

研究人員在每個攜帶BRAT基因突變的人黑色素瘤細胞中轉入一個sgRNA,然后分別在對照組和vemurafenib組培養基中培養細胞。利用深度測序尋找藥物組細胞中富集的CRISPR 突變基因位點,結果他們找到了上百個突變位點,大多數集中在靶標基因的5’末端,這些突變會降低基因表達,此外研究人員還發現CUL3周圍25個位點中有24個會導致基因轉錄減少,和vemurafenib耐藥性。

“相比于蛋白編碼基因序列,我們對于非編碼調控元件的了解太少了,”文章作者,紐約基因組中心的Neville Sanjana說,“我們這項研究,與其它基因編輯篩選都可以幫助大家發現調控基因組這一重要組成部分的分子規則?!?/p>

此外,令研究人員感到驚訝的是,在這項研究中發現的非編碼調控元件,大部分是之前通過傳統技術進行染色質區域研究中從未發現過的。


原文檢索:

C.P. Fulco et al., “Systematic mapping of functional enhancer-promoter connections with CRISPR interference,” Science, doi:10.1126/science.aag2445, 2016.

N.E. Sanjana et al., “High-resolution interrogation of functional elements in the noncoding genome,” Science, doi:10.1126/science.aaf8325, 2016.


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