2022年6月10日

新的基于CRISPR的地图将每个人类基因与其功能联系起来

伊娃·弗雷德里克（Eva Frederick），麻省理工学院

人类基因组项目是一项雄心勃勃的倡议，旨在对每个人类DNA进行测序。该项目吸引了来自世界各地研究机构的合作者，包括麻省理工学院的怀特黑德生物医学研究所，并最终于2003年完成。现在，在二十年后，麻省理工学院教授乔纳森·韦斯曼（Jonathan Weissman）和同事已经超越了第一个全面的综合性。ob欧宝直播nba在人类细胞中表达的基因的功能图。该项目的数据，于6月9日在线发布细胞，将每个基因与其在细胞中的工作联系起来，这是单细胞测序方法wisturb-seq的多年协作的顶点。

数据是可供其他科学家使用。“这是一个很大的资源人类基因组是一个很大的资源，您可以进入并进行基于发现的研究。您将要查看，您拥有此基因型 - 表型关系的地图，并且可以进入数据库而无需进行任何实验。”

屏幕使研究人员能够深入研究各种生物学问题。他们用它来探索具有未知功能的基因的细胞效应，研究线粒体对压力的反应，并筛选导致染色体丢失或获得的基因，这种表型在过去很难研究。“我认为，这个数据集将实现各种分析，这些分析甚至还没有从生物学的其他部分来看，突然之间，他们只是可以使用这种分析。”诺曼（Norman），该论文的共同副作用。

开拓性扰动seq

该项目利用了扰动式方法，该方法使遵循前所未有的深度打开或关闭基因的影响成为可能。这种方法是首次出版于2016年由魏斯曼（Weissman）和麻省理工学院（MIT）教授阿维夫·雷格夫（Aviv Regev）在内的一群研究人员，但只能用于一小群基因，并以巨大的费用。

通过MD-PH.D Joseph Replogle的基础工作使大量的扰动seq图成为可能。魏斯曼实验室的学生和本文的联合第一作者。Replogle与诺曼（Norman）合作，后者现在在纪念斯隆·凯特林（Sloan Kettering）癌症中心领导实验室；普林斯顿大学分子生物学系的助理教授布里特·亚当森（Britt Adamson）；和一个10倍基因组学的组，着手创建一个可以扩展的新版本的wisturb-seq。研究人员发表了概念证明论文在自然生物技术在2020年。

GIRTURB-SEQ方法使用CRISPR-CAS9基因组编辑将遗传变化引入细胞中，然后使用单细胞RNA测序来捕获有关给定遗传变化产生的RNA的信息。由于RNA控制细胞行为的各个方面，因此该方法可以帮助解释遗传变化的许多细胞效应。

自从最初的概念验证论文以来，魏斯曼，Regev和其他人都使用了这种测序方法。例如，研究人员在2021年使用wisturb-seq探索了人类和病毒基因在与常见疱疹病毒HCMV感染过程中如何相互作用。

在新的研究中，包括魏斯曼实验室的研究生兼论文的联合第一作者鲁本·桑德斯（Reuben Saunders）在内的启动和合作者将方法扩展到了整个基因组。使用人类血液癌细胞系以及源自视网膜的非癌细胞，他在超过250万个细胞中进行了witturb-seq，并使用数据构建了将基因型绑定到表型的全面地图。

研究数据

完成屏幕后，研究人员决定将新数据集使用并检查一些生物学问题。汤姆·诺曼（Tom Norman）说：“ worturb-seq的优点是，它使您可以以公正的方式获得一个大数据集。”“没有人完全知道您可以从这种数据集中获得什么限制。现在，问题是，您实际上如何处理它？”

第一个最明显的应用是研究具有未知功能的基因。由于屏幕还读取了许多已知基因的表型，因此研究人员可以使用数据将未知基因与已知基因进行比较，并寻找相似的转录结果，这可以表明该基因产物作为较大复合物的一部分一起起作用。

一个称为c7orf26的基因的突变尤为突出。研究人员注意到，去除导致类似表型的基因是一种称为综合子的蛋白质复合物的一部分，该蛋白质复合物在创建小核RNA中发挥了作用。集成剂复合物由许多较小的亚基组成 - 预防研究表明14种蛋白质 - 研究人员能够确认C7ORF26是该复合物的第15个组成部分。

他们还发现，这15个亚基在较小的模块中共同起作用，以在集成器复合物中执行特定功能。桑德斯说：“没有这种情况的千英尺高的看法，尚不清楚这些不同的模块在功能上如此独特。”

另一个倍率seq的好处是，由于该测定的重点是单细胞，因此研究人员可以使用数据来查看更复杂的表型，这些表型与其他细胞的数据一起研究时会变得混乱。魏斯曼说：“我们经常将所有'基因X'击倒并平均在一起的细胞来看看它们的变化。”“但是有时候，当您击倒一个基因时，失去相同基因的不同细胞会以不同的方式行为，而这种行为可能会因平均值而错过。”

研究人员发现，去除的基因的一部分导致从细胞到细胞的不同结果是导致染色体隔离的原因。它们的去除是导致细胞失去染色体或捡起额外的染色体，这种疾病称为非整倍性。魏斯曼说：“您无法预测失去该基因的转录反应是因为它取决于您获得或丢失的染色体的次要作用。”“我们意识到我们可以将其扭转并创建这种复合表型，以寻找获得和丢失的染色体的特征。这样，我们已经完成了第一个全基因组屏幕，以解决正确隔离DNA所需的因素。“

诺曼说：“我认为迄今为止，该数据是该数据最有趣的应用。”“它捕获了您只能使用单细胞读数才能获得的表型。您不能其他任何方法。”

研究人员还使用其数据集研究线粒体如何应对压力。线粒体从自由生物细菌中演变出来，其基因组中有13个基因。在核DNA中，约有1,000个基因与线粒体功能有关。“人们对核和线粒体DNA如何在不同的细胞条件下进行协调和调节，尤其是在细胞受到压力时，人们一直对核和线粒体DNA进行了很长时间的兴趣。”

研究人员发现，当他们干扰不同的线粒体相关时基因，核基因组对许多不同的遗传变化的反应类似。但是，线粒体基因组反应的变化要多得多。