Cell：利用Perturb-FISH研究基因和遗传回路在组织发育、稳态和功能障碍中的作用

最近，科学家们已经能够使用抑制特定基因的方法探索单个细胞中的基因回路，并测量对其他基因表达的影响。然而，这些方法未能捕捉到对邻近细胞的影响等空间信息，而这些信息可以为细胞或基因在健康和疾病中的作用提供重要线索。

如今，在一项新的研究中，来自布罗德研究所空间技术平台的研究人员开发的一项技术以这些方法为基础，取得了前沿的空间进步。他们的方法被称为Perturb-FISH，将基于成像的空间转录组测量与CRISPR向导RNA的大规模检测相结合。

研究人员证实Perturb-seq能够揭示新的细胞和功能见解，包括自闭症相关基因对细胞活性的影响以及动物模型中人类肿瘤细胞和免疫细胞之间的相互作用。对Perturb-FISH的进一步改进可能使其更广泛地使用，并实现一系列新的生物研究。相关研究结果发表在Cell杂志上。

论文共同通讯作者、布罗德研究所空间技术平台主任Sami Farhi说，“通过Perturb-FISH，我们开发了一种强大的新方法来研究基因和遗传回路在组织发育、稳态和功能障碍中的作用。我们的团队致力于为科学界的利益设计空间工具，我们希望这种新方法只是我们将建立和分享的更多方法中的第一种。”Farhi与论文共同通讯作者Brian Cleary一起领导了这项研究。

Perturb-FISH

此前，科学家们将单细胞RNA测序与CRISPR筛查相结合，使用Perturb-seq等工具研究细胞内的基因网络，但没有捕捉到细胞的空间背景。另一种称为光学混合筛选（optical pooled screening）的方法测量基因编辑扰动对细胞适应性或其他表型的影响，但不捕捉基因转录状态。

Farhi及其团队旨在开发一种综合方法，可以立即测量细胞中哪些基因发生了改变，哪些遗传扰动导致了这些变化，以及受影响细胞相对于其他细胞的位置。使Perturb-FISH成为可能的关键进展是Cleary开发的计算方法和一种放大单分子（CRISPR向导RNA或基因转录物）信号的新方法，因此可以在荧光背景水平上检测到它们。

传统的扩增方法不适用于像向导RNA这样小的分子，因此论文第一作者Loϊc Binan设计了一种创新策略，在每个向导RNA的原始位点产生许多局部拷贝。通过将其与称为MERFISH的基于荧光的空间转录组方法相结合，Perturb-FISH可以揭示每个扰动的身份以及细胞在其空间背景下的转录组。

研究人员证明了Perturb-FISH能够测量35个有助于调节免疫细胞对刺激反应的基因的影响，发现他们的结果与使用Perturb-seq生成的类似数据一致。他们还展示了它如何揭示细胞间网络，发现细胞密度可以改变基因扰动的影响，而未受扰动的细胞可以受到邻近细胞扰动的影响。

为了说明Perturb-FISH在研究微妙的基因调整的功能效应方面的潜力，研究人员使用CRISPR抑制来抑制人类星形胶质细胞中与自闭症相关的基因，并观察到钙活性和基因表达的变化。

此外，他们使用布罗德癌症计划（Broad Cancer Program）开发的异种移植模型，在一个更复杂的系统中测试了该方法。在扰乱人类肿瘤细胞中与NF-kB通路相关的基因后，他们使用Perturb-FISH来测量动物模型中肿瘤细胞和反应免疫细胞之间的遗传相互作用。

Farhi说，“我们很高兴看到，我们可以在一个更复杂的系统中观察到多种细胞类型相互作用的影响，并且仍然可以发现有趣的生物学现象。”

研究人员如今正在努力使Perturb-FISH更稳健、更易于使用，例如，通过修改方法，只需要一台成像仪器来运行该方法。他们还希望增加每个实验中可以检测的基因数量，目前限制在500个。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Loϊc Binan et al, Simultaneous CRISPR screening and spatial transcriptomics reveal intracellular, intercellular, and functional transcriptional circuits, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.012.