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Nature:“基因剪刀”—CRISPR-Cas9变“钝“为自体免疫病研究提供新启示

来源:本站原创 2017-09-01 15:32

2017年9月1日/生物谷BIOON/---我们机体细胞中含有22000个基因,但对于每个细胞来说,其常用的基因组合往往各不相同。这种基因表达与抑制的特征最终影响了细胞类型的形成,例如肾脏、大脑、皮肤、心脏等等。

为了调控这种基因表达的特征,基因组中存在很多调控元件,它们受外界信号的影响对基因的表达“开闭”进行精确地调控。其中有一类叫“增强子”的元件,这段序列与基因编码区相隔几万个碱基对,但仍具有增强基因表达的能力。基因表达调控的紊乱会导致很多疾病的发生,但由于它们的功能存在严格的时空特性,即仅仅在特定的条件下、特定的细胞中会发挥作用,因此往往难以研究。


(图片来源: Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0)

如今,来自加利福尼亚大学的研究者们利用修饰后的CRISPR系统寻找增强子,这一更新后的工具并不具有基因编辑能力,相反地,它能够精确地定位增强子存在的区域。根据最近发表在《nature》杂志上的相关结果,来自UCSF的研究者们利用这种叫做CRISPR activation (CRISPRa)的工具成功地找到了调控免疫细胞发育的增强子。这段序列对于自体免疫疾病的发生具有重要的作用。

CRISPR技术能够使得研究者们快速地理解表达蛋白质的基因的功能。最常用的一项应用就是将其与CAS9酶联合使用,对特定的DNA序列进行剪切。利用这一技术,研究者们能够快速且精确地对任何基因进行编辑,从而观察这些改变对细胞或机体功能的影响。


然而基因占据基因组的比例不足2%,而剩余包括增强子在内的98%的序列难以研究。研究者们能够寻找通过蛋白质与DNA的结合特征寻找潜在的增强子区域,但关于增强子与基因的相互作用则十分困难。此外,由于增强子活性存在严格的时空特性,因此仅仅通过CRISPR-CAS9技术切除增强子区域并不会起到多大帮助。


而来自USCF的Jonathan Weissman教授等人开发出的这种叫做“CRISPRa”的技术则能够对增强子进行精确地激活。与传统的CRISPR-CAS9技术不同,CRISPRa利用修饰后的Cas9酶与CRISPR联合使用,能够在找到特定DNA序列之后进行靶向激活,而非切割。该技术最早是应用于寻找启动子区域,而这一次研究者们则试图寻找增强子区域。


具体地,研究者们研究的是一种编码“IL2RA”的蛋白的基因。该蛋白对于T细胞的功能具有重要的作用。IL-2RA能够决定T细胞启动炎症反应或进行免疫抑制。如果该基因的增强子区域出现故障,那么细胞将难以起到抑制炎症反应的能力,从而导致自体免疫疾病的发生。


通过对IL2RA上游的DNA序列进行连续筛选,作者发现一段序列对于调控IL2RA的产生具有重要的作用,并最终证明其为IL2RA基因的增强子。

研究者们希望下一步对这一技术进行扩展,或许能够同时对更多的基因进行增强子筛选。此外,他们还希望这一方法能够用于研究所有类型细胞的遗传互作情况。(生物谷Bioon.com)

资讯出处:Blunting CRISPR's 'scissors' gives new insight into autoimmune disorders

资讯链接:https://medicalxpress.com/news/2017-08-blunting-crispr-scissors-insight-autoimmune.html

原始出处:Dimitre R. Simeonov et al. Discovery of stimulation-responsive immune enhancers with CRISPR activation, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23875

原始链接:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature23875.html

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