阅读CRISPR基因调控规则
我们几乎没有开始破解基因组大量非编码区域的规则手册。基于CRISPR进展的两种新方法可能有助于揭示一些页面。我们对基因组蛋白质编码成分背后的规则有了合理的理解。我们可以看一下DNA序列,并自信地指出基因编码区的起始位置,结束位置以及地理位置。
对于剩余的98%的基因组 - 决定细胞读取哪些基因的部分 - 这是一个不同的故事。我们对管理这种“暗物质”的规则有什么了解,来自于一次一个地研究和操纵非编码DNA的各个位。然而,管理非编码基因组如何工作的规则手册仍然遥不可及。
“影响人类疾病的百分之九十的遗传变异都在非编码区域,”Broad创始主任Eric Lander说。“但我们没有办法以系统的方式告诉哪些监管机构影响哪些基因。”
在一篇新发表的科学论文中,Broad的两个研究小组展示了利用CRISPR基因编辑的方法如何帮助掌握这些规则。
使用两种互补的方法,团队 - 一个来自Lander实验室,另一个来自Broad Core Institute成员和McGovern脑研究所研究员Feng Zhang - 使用CRISPR作为工具系统地同时探测数千个非编码DNA序列(很多广泛的团体过去曾做过编码DNA)。在这个过程中,两者都确定了几个有趣的遗传调节因子,包括远离它们控制的基因的数百万个碱基。
“我们希望能够对控制每种基因在每种细胞类型中表达的非编码元素进行编目,”兰德实验室的博士后研究员,其中一篇论文的资深作者Jesse Engreitz说。“这是生物学中的一个大问题,它是将许多遗传关联与其基本分子机制和人类疾病联系起来的限速步骤。”
主题的变化
两个团队都使用汇集的CRISPR屏幕(使用称为Cas9酶的分子手术刀和数千个将Cas9靶向特定序列的指导RNA同时扫描和编辑大片基因组)来扰乱非编码DNA。但他们以不同的方式这样做。
Zhang,Neville Sanjana(张实验室的校友,现在是纽约基因组中心的核心成员)和Jason Wright(另一位张校友,现在是Homology Medicines)使用Cas9对重叠的非编码DNA进行精确编辑。在三种基因(NF1,NF2和CUL3)周围的区域中,其功能丧失与黑素瘤形式的耐药性有关。
“这种方法可以让我们诱发多种多样的突变,”Sanjana解释说。“我们不必推测给定序列如何最好被破坏。”
另一方面,Engreitz,Lander和研究生Charles Fulco使用CRISPR干扰系统,使用与称为KRAB结构域的蛋白片段融合的无活性或“死”形式的Cas9来沉默其靶序列(MYC和GATA1周围) ,两个重要转录因子的基因)。“这个系统提供了对给定非编码区域监管影响的良好定量估计,”Engreitz说。“它既可以显示控制特定基因的表盘,也可以告诉您每个表盘的重要程度。”
然后每个小组使用功能性读数(Sanjana,Wright和Zhang的黑素瘤细胞耐药性增加; Fulco,Lander和Engreitz细胞生长下降)和深度测序,以确定哪些指导RNA影响其基因表达感兴趣并绘制那些指导RNA受影响的监管机构。
通过一系列其他技术(例如,染色质分析,3D构象捕获,转录因子分析)证实了这两个团队的发现,指出了利用CRISPR工具追踪非编码基因组的调控布线的潜力。Fulco,Lander和Engreitz发现并评估了7种MYC和3种GATA1增强子(非编码DNA的短片,提高了基因被阅读的机会)的相对重要性。Sanjana,Wright和Zhang的屏幕仅针对CUL3精确定位了许多增强子和转录因子结合位点。
在自然栖息地研究序列
虽然原则上类似于传统的报告分析(科学家将有趣的序列与质粒中的报告基因偶联),但这些合并的CRISPR筛选具有明显的差异:它们在其原生栖息地中直接探测序列。
“屏幕在其内生环境中询问序列,”Sanjana强调说。“报告分析可能非常有用,但它们缺乏天然基因组背景的3D构象或局部染色质环境。在这里,调控序列经历了所有正常的相互作用。”“例如,我们可以看到基因启动子和数千个碱基的非编码位点之间的远程环路,”他继续说道。“如果我们只是孤立地看待这些监管要素,我们就完全错过了这些有趣的3D互动。”
Engreitz指出,一个限制是,目前形式的CRISPR方法都不能解决基因组固有的冗余问题。“也许仅仅打破一个增强剂来真正了解基因是如何被控制的还是不够的。也许你必须打破一个以上,”他说。“我们还不能这样做。”
但Engreitz,Sanjana和Lander都对使用基于CRISPR的方法揭示非编码基因组的基本顺序的可能性持乐观态度。
“非编码基因组的一个有趣挑战是,虽然它非常庞大,但它内部的各个功能元素可能非常小,”Sanjana说。“在未来,重要的是要考虑如何开发新的方法来询问较大的区域,同时保持高分辨率。”
Engreitz同意并补充道,“当我们绘制更多这些连接时,我们将有可能学习规则,让我们可以预测非编码基因组的其余部分。”“这些方法使用指导RNA文库将CRISPR带入切割或引入抑制剂,让你直接看到大面积非编码DNA对不同基因的影响,”Lander说。“我认为这将破解开放的基因调控系统图。”
推荐内容
-
张一山版《鹿鼎记》小宝身份是什么 韦小宝身世揭秘
张一山版《鹿鼎记》小宝身份是什么 韦小宝身世揭秘,不少好的网络作品深得大家的欢心,相信这部剧看了之后你也会喜欢看的。那么有什么相关
-
发现后部多态性角膜营养不良的新遗传原因
由伦敦大学学院的科学家领导的一项研究发现了常染色体显性遗传的角膜内皮营养不良的新遗传原因。角膜内皮营养不良是一组影响眼球内皮的...
-
牛皮癣量身定制的面试培训对临床医生有益
根据7月4日在线发表在《英国皮肤病学杂志》上的一项研究,基于牛皮癣的动机访谈(MI)培训(牛皮癣和幸福感[Pso Well]培训)提高了临床医生的M
-
研究人员开发了使用阿尔茨海默氏病药物替格鲁西卜修复牙齿的新方
英国伦敦国王学院的科学家发现了一种使用阿尔茨海默氏症药物Tideglusib刺激牙髓中活干细胞更新的新方法。受到外伤或感染后,牙齿的内部柔软
-
内向女生恋爱技巧
爱情和婚姻本身是美好的东西,但是因为每个人处理的方式不同导致结果有好有坏。很多人其实可以少看一些网络案例,毕竟感情这种事是很难...
-
3D打印药丸样品肠道微生物组有助于诊断和治疗
由工程师领导的研究小组开发了一种3D打印药丸,可以对肠道中的细菌进行采样 - 称为微生物组 - 当它通过胃肠道(GI)时。在整个胃肠道中分
-
心宅猎人六指是谁 《心宅猎人》原著小说大结局是什么?
在心宅猎人六指是谁 《心宅猎人》原著小说大结局是什么?中现在的剧情都是围绕着心宅猎人六指是谁 《心宅猎人》原著小说大结局是什么?女
-
如何正确看待前女友_正确看待前女友方法
爱情和婚姻是不一样的两个东西。爱情更多的是种冲动,而婚姻是责任。爱情应该多以自己的想法和角度出发去感受,而婚姻必须考虑到双方的...
-
加利福尼亚大学和合作伙伴获得第三份美国CRISPR-Cas9专利
美国专利商标局(USPTO)已授予新的CRISPR-Cas9专利,该专利涵盖加利福尼亚大学(UC),维也纳大学和CRISPR的任何细胞类型中的一种或多种单一指
-
如何缓解孩子心理压力
家家都有本难念的经,特别是有小孩的家庭。在和孩子相处的过程中很多家长都在不断学习,怎么跟孩子交流起来更有效,怎么不跟孩子发脾气...