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工具箱 可能推进自闭症研究的新兴工具和技术。
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CRISPR工具创造了持久的表观基因组改变

通过/ 2021年6月11日
表观基因组编辑当前位置一种新的CRISPR工具可以修改基因组中的化学标签,即使在细胞分裂和分化时,这些标签也可以使基因表达沉默数月。

凯斯·钱伯斯/科学图片库

经典的CRISPR基因编辑工具的新变种可以做到这一点改变基因组的化学标签抑制基因表达长达数月。研究人员可以利用这种方法来调整与自闭症相关的基因活动。

CRISPR系统通常使用一种叫做Cas9的酶来切割目标DNA序列并删除或替换它们。使用CRISPR来编辑基因具有其风险,但是:该工具可以产生不需要的,永久性变化对DNA并导致细胞死亡。

研究人员可以不直接操纵DNA开启或关闭基因通过改变表观基因组,是基因组中控制表达的一组化学修饰。但这种方法通常需要细胞表达外源蛋白,只要研究人员想要抑制或增强基因的表达,这就有引发免疫反应的风险。

有了这种新方法,研究人员只需将细胞短暂暴露在名为CRISPRoff的表观遗传编辑器下,就可以持久地改变基因表达。该技术,在四月细胞,降低细胞接触外源蛋白的时间。为了逆转这种变化,该团队建立了另一个叫做CRISPRon的工具,它可以去除DNA特定位置的甲基。

“我们可以像CRISPR一样做同样的事情,我们可以永久关闭基因,但我们不需要对基因组进行突变,”他说路加福音吉尔伯特他是加州大学旧金山分校泌尿学助理教授,也是这项研究的负责人之一。

吉尔伯特和他的同事使用Cas9蛋白的灭活版本创造了CrisProff,它不再越过DNA,但仍然可以通过RNA股来引导到靶位部位。然后将Cas9融合到两种不同类别的蛋白质:一种在蛋白质上修饰称为组蛋白的标记,其中DNA风以及其他称为甲基的化学标签。两种改变沉默基因表达。

为了测试该系统,该团队将蛋白质复合物和针对不同基因的RNA片段一起注入培养的人类细胞中。在一项实验中,他们以一些选定的基因为目标,测量基因表达水平,并记录DNA甲基化模式,以寻找任何意外的“脱靶”效应。在另一项实验中,该团队使用CRISPRoff沉默干细胞中的基因,然后将它们培养成神经元。

稳定的沉默:

研究人员报告说,CRISPRoff在绝大多数细胞中使目标基因的表达保持沉默至少50天,即使蛋白质复合物本身在10天后消失。在一些细胞中,目标基因在450次细胞分裂中保持沉默,即15个月。干细胞在分化为神经元的过程中保持了基因表达的变化。

研究人员还报告说,该工具具有高度的针对性。CRISPRoff抑制了目标基因的活性,而没有显著改变邻近基因的表达水平。使用CRISPRon,研究人员可以重新激活超过70%的细胞的表达。

该团队进一步测量了crisprof使一系列基因沉默的能力。他们将靶向2万多个基因的RNA片段引入细胞池,每个细胞携带一对靶向同一基因的RNA。由于rna可以转化为DNA并整合到细胞的基因组中,研究人员让细胞生长并对它们的DNA进行测序,以衡量特定rna集合的丰度。

靶向基因对细胞增殖至关重要的rna已经被耗尽,这表明CRISPRoff是有效的。研究人员说,这一结果表明,CRISPRoff可以让基因组中的大多数基因沉默。

该团队还能够抑制缺乏CpG岛区域的基因,CpG岛之前被认为是通过甲基化调节基因的关键区域。然而,吉尔伯特说,研究结果表明,这些基因和CpG岛的基因一样可控。

研究人员说,研究人员可以使用CRISPRoff和CRISPRon来探索表观基因组是如何影响基因活动的,以及它在自闭症等疾病中扮演的角色。最终,这些工具可以用来开发调节基因表达的疗法。