我们每个细胞的基因组中都有相同的22000个左右的基因，但每个细胞都使用这些相同基因的不同组合，根据它们的角色和情况需要打开或关闭它们。正是这些表达和抑制基因的模式决定了每个细胞的类型——肾脏、大脑、皮肤、心脏。
为了控制这些变化的模式，我们的基因组包含调节序列，可以根据特定的化学线索打开或关闭基因。其中包括“增强子”，这种序列可以与基因相距数万个基因字母，但在激活时仍会迫使基因超速运转。这种微妙的编排中的失误会导致细胞扮演错误的角色，导致使人衰弱的疾病，但所涉及的调节区域很难发现和研究，因为它们只在特定的细胞中发挥作用，通常是在非常特定的条件下。
现在，由加州大学和陈·扎克伯格生物中心的科学家领导的一个研究小组使用了基因编辑技术CRISPR的改良版本来寻找增强子——不是通过编辑它们，而是通过促使它们发挥作用。来自加州大学旧金山分校和加州大学伯克利分校的一个团队，使用了加州大学旧金山分校2013年开发的一种名为CRISPR激活(CRISPRa)的工具，来寻找一种影响免疫细胞T细胞发育的基因增强子。他们发现的序列阐明了自身免疫性疾病的基本回路，如炎症性肠病(IBD)和克罗恩病。
为了了解更多关于这项研究的信息，我们采访了这篇论文的三位作者，来自陈-扎克伯格生物中心和加州大学旧金山分校的亚历克斯·马森博士，加州大学伯克利分校的本杰明·戈文博士和加州大学伯克利分校的创新基因组研究所的迪米特里·r·西蒙诺夫。
JR:为什么需要一种技术来识别目标基因的刺激反应增强子，而不依赖于刺激?
我们的基因组包含调节序列，可以根据特定的化学线索打开或关闭基因。其中包括“增强子”，这种序列可以与基因相距数万个基因字母，但在激活时仍会迫使基因超速运转。在这种微妙的编排过程中出现失误会导致细胞扮演错误的角色，导致使人衰弱的疾病，但所涉及的调节区域很难找到和研究，因为它们只在特定的细胞中发挥作用，通常是在非常特定的条件下。
现在，我们正在使用基因编辑技术CRISPR的修改版本来寻找增强子——不是通过编辑它们，而是通过使用一种名为CRISPR激活(CRISPRa)的工具来促使它们发挥作用，该工具是UCSF在2013年开发的。我们使用CRISPRa详尽地搜索一种基因的增强子，这种基因对免疫细胞T细胞的功能很重要。我们发现的序列阐明了自身免疫性疾病的基本回路，如克罗恩病。
JR:这种基于crispr的新方法克服了现有技术的哪些问题?
如果你把基因组想象成一个有22,000个灯泡(基因)和数十万个开关(增强子)的模型家，那么挑战在于找到所有的开关，并弄清楚它们在什么时候控制哪些灯泡。此前，CRISPR已被用于切断那些会导致灯泡变暗的电线，从而很好地了解这部分电路的工作情况。然而，当电灯开关关闭时，切断它并不能告诉你它控制着什么。因此，为了找到特定的灯光开关，人们通常尝试模仿激活增强子的复杂化学线索。当然，有如此多的化学线索，以这种方式寻找增强子是不可行的。
更好的方法是一个通用的“开启”开关，它可以针对基因组的任何部分，如果该部分包含增强子，就可以激活该增强子。CRISPRa就是这样一个工具。CRISPRa使用了一种“钝化”的dna切割Cas9蛋白，并将其绑在激活蛋白链上。尽管CRISPRa也使用引导RNA来靶向基因组中的精确位置，而不是切割DNA, CRISPRa可以激活该区域中的任何增强子。
JR:如何运用这项技术?它将支持哪些类型的研究?
CRISPRa是一种强大的识别功能性增强子的新方法。我们用它来追踪控制IL2RA的增强子的位置，通过产生超过2万个不同的引导rna，并将它们与修饰过的Cas9蛋白一起放入T细胞中。我们同时进行了2万个实验来找到所有打开这个基因的序列。果然，用CRISPRa靶向一些序列增加了IL2RA的产生，得到了一个简短的位置列表，这可能对调节T细胞的命运很重要。
我们认为这项技术将用于在不同细胞类型的基因组中寻找增强子，这将最终支持基因调控和人类疾病的机制工作。
JR:除了描述这种令人兴奋的新技术的使用，你还发现了什么?
我们团队确定的IL2RA增强子序列之一包括一个已知会增加IBD风险的常见遗传变异位点，尽管尚不清楚它是如何增加IBD风险的。我们想知道这种遗传变异是否会改变调节T细胞中IL2RA蛋白数量的开关。为了验证这一点，我们修改了小鼠T细胞，使其包含与人类疾病相关的遗传变异，并发现这些T细胞确实产生更少的IL2RA。IL2RA水平有助于决定T细胞是促炎还是抗炎。在这里，我们表明增强子中的修饰影响T细胞发挥更促炎的作用，为IBD风险增加提供了一种潜在的解释。
这开始解开免疫细胞调节的基本回路，这将极大地增加我们对疾病的理解。
JR:你打算如何在你的发现基础上进一步发展?
加州大学旧金山分校/陈·扎克伯格生物中心的团队希望扩展这种方法，也许可以找到同时寻找许多不同基因增强子的方法，从而更快地寻找免疫疾病的调节因子。我们希望该方法能成为一种广泛适用的工具，用于解开各种细胞中的遗传相互作用。我们还致力于利用这项技术来构建人类基因组的功能调控图谱。
参考
Simeonov, d.r.， Gowen, b.g.， Boontanrart, M.， Roth, t.l.， Gagnon, j.d.， Mumbach, m.r.，…李图耶夫，D. S.(2017)。CRISPR激活刺激反应性免疫增强子的发现。自然杂志，549(7670)，111-115。
