每一个我们的细胞有相同的22000个基因的基因组,但是每一个使用不同的相同的基因的组合,来打开和关闭他们的角色和需求情况。这些模式的表示和压抑的基因决定什么样的细胞——肾、脑、皮肤、心脏——都将成为。
控制这些变化的模式,我们的基因组包含打开和关闭基因的调控序列响应特定的化学信号。其中包括“增强”序列,可以坐在成千上万的基因字母远离一个基因,但仍然迫使它激活时上场了。失误在这个精致的编排可以导致细胞承担错误的角色,导致使人衰弱的疾病,但所涉及的监管区域是很难发现和学习因为他们只扮演一个角色在特定的细胞,通常在非常特殊的条件下。
现在加州大学领导的研究团队和陈扎克伯格Biohub科学家利用基因编辑的修改版本技术CRISPR找到增强剂——不是通过编辑它们,而是促使他们采取行动。一个团队从旧金山加州大学和加州大学伯克利分校使用工具叫做CRISPR激活(CRISPRa),发达国家2013年加州大学旧金山分校,寻找基因的增强子影响发展被称为T细胞的免疫细胞。他们发现的序列照射的基本电路自身免疫性疾病如炎症性肠病(IBD)和克罗恩病。
更多地了解这个研究我们采访了三位作者的论文,亚历克斯·马森博士陈从扎克伯格Biohub和加州大学旧金山分校,本杰明高恩博士,加州大学伯克利分校和创新的基因组研究所和Dimitre r . Simeonov,加州大学旧金山分校。
JR:为什么需要一个技术可以识别stimulus-responsive目标基因的增强子,独立于暴露在刺激?
我们的基因组包含管理序列,打开和关闭基因来响应特定的化学信号。其中包括“增强”序列,可以坐在成千上万的基因字母远离一个基因,但仍然迫使它激活时上场了。失误在这个精致的编排可以导致细胞承担错误的角色,导致使人衰弱的疾病,但监管的地区很难被发现和研究,因为他们只扮演一个角色在特定的细胞,通常在非常特殊的条件下。
现在我们使用修改后的版本的基因编辑技术CRISPR找到增强剂——不是通过编辑它们,而是促使他们采取行动的工具,称为CRISPR激活(CRISPRa),发展于2013年在加州大学旧金山分校。我们使用CRISPRa详尽寻找基因的增强子是重要的函数被称为T细胞的免疫细胞。的序列,我们发现阐明基本电路自身免疫性疾病如克罗恩氏病。
JR:什么问题与现有技术这种新的CRISPRa-based方法克服?
如果你认为基因组的模型带回家22000灯泡(基因)和成千上万的开关(增强剂),一直在寻找的挑战所有灯泡的开关和找出他们控制和当。以前,CRISPR被用来剪电线寻找那些会导致灯泡去黑暗,给了一个好主意的这部分电路的在做什么。然而,剪一个电灯开关的时候没有告诉你任何关于它的控制。所以,为了找到特定的电灯开关,它已经普遍尝试模拟复杂的化学信号,激活剂。当然,有很多化学线索,它只是以这种方式寻找增强剂并不可行。
一个更好的方法是一个普遍的“on”开关,可能目标基因组的任何部分,如果这部分包括一个增强剂,可以激活剂。CRISPRa就是这样一个工具。CRISPRa使用“钝化”版本的DNA-cutting Cas9蛋白质,绑在一连串的激活蛋白。尽管CRISPRa还使用指南RNA基因组中目标精确的位置,而不是削减DNA, CRISPRa可以激活任何增强剂。
JR:如何利用这项技术吗?什么类型的研究将会支持吗?
CRISPRa是一个强大的新方法来识别功能增强剂。我们使用它来跟踪位置控制IL2RA增强剂的生产超过20000种不同的rna,把它们引到T细胞与修改Cas9蛋白质。我们本质上并行执行20000次实验找到所有打开这个基因的序列。果然,针对一些序列CRISPRa IL2RA产量的增加,产生一个简短的列表的位置可能是重要的调节T细胞的命运。
我们认为这项技术将用于找到增强剂在不同细胞类型的基因,最终将支持机械工作在基因调控和人类疾病。
JR:除了描述这个激动人心的新技术的使用,你会发现什么?
IL2RA增强器序列之一我们的团队确认包括常见的基因变异的网站已经被增加炎症性肠病的风险,尽管它如何这样做并不理解。我们想知道这是否遗传变异可能改变开关调节IL2RA蛋白质存在于T细胞的数量。为了验证这一点,我们修改后的小鼠T细胞包含与人类疾病相关的基因变异,并发现这些T细胞确实IL2RA较少。IL2RA水平帮助确定一个T细胞变成了促炎和抗炎。在这里,我们表明,增强程序的修改影响T细胞承担更促炎作用提供一个潜在的解释增加炎症性肠病的风险。
这开始解锁免疫细胞的基本电路的规定,这将大大增加我们对疾病的理解。
JR:你打算如何建立你的调查结果吗?
加州大学旧金山分校/陈扎克伯格Biohub团队希望扩大的方法,也许设法寻找增强剂的许多不同的基因,使得监管者的免疫紊乱,搜索快得多。我们预计的方法是一个广泛适用的工具,解开基因在各种细胞的相互作用。我们也致力于使用这种技术来构建功能监管人类基因组的地图。
参考
Simeonov, d R。高恩,b, G。Boontanrart, M。罗斯,t . L。盖格农,j . D。、Mumbach m R。,……& Lituiev d s (2017)。发现stimulation-responsive CRISPR激活免疫增强剂。自然,549 (7670),111 - 115。
