Nature Biotechnology：彩色细胞核显示出细胞的关键基因

来源：作者：人气：-发表时间：2024-12-24 14:52:00【大中小】

摘要：研究人员已经开发出一种方法，使他们更加容易和快速识别与疾病有关的基因。

识别与疾病有关的基因是生物医学研究的主要挑战之一。波恩大学和波恩大学医院（UKB）的研究人员已经开发出一种方法，使他们的识别变得更加容易和快速：他们点亮细胞核中的基因组序列。与使用现有方法进行复杂筛选相比，NIS-Seq方法可用于研究人类细胞中几乎任何生物过程的遗传决定因素。

人类大约有2万个基因。它们决定了我们的身体如何运作，我们如何发育以及细胞如何繁殖。“例如，某些基因负责重要的免疫反应，但也参与危及生命的炎症过程，”Jonathan Schmid-Burgk教授说，他是UKB临床化学和临床药理学研究所的研究小组组长，也是波恩大学免疫感觉2卓越集群的成员。“我们的研究兴趣是识别这些基因，以便更好地治疗疾病。

图1 NIS-Seq实现了与细胞类型无关的光学扰动筛选

传统方法：费时费力，频谱有限

CRISPR筛选方法可用于系统地检查基因在细胞中的功能。“CRISPR用于关闭每个细胞中的随机基因，”Schmid-Burgk解释说。“然后，我们丰富了特定生物过程被改变的细胞，并识别出被关闭的基因。”这一过程相当复杂：对于所研究的每一个过程，都必须建立一种富集相关细胞的方法，例如使用细胞分选机。另一个弱点是：CRISPR筛选并不能很好地适用于每一种细胞类型——尤其是人类免疫细胞往往不能在多阶段的过程中存活下来。

新方法：显微镜下染色细胞核的简单检测

来自波恩的研究人员现在已经开发出一种光学CRISPR筛选方法，可以更容易、更快速地识别重要基因：核原位测序，简称NIS-Seq。“CRISPR在这里也被使用，”研究小组的博士生、该研究的第一作者Caroline Fandrey解释说。“然而，我们可以在细胞还活着的时候观察细胞中的几乎任何生物过程，以确定其中的关键基因。”研究人员使用了一种技巧来做到这一点：除了CRISPR序列之外，他们还向细胞基因组中引入了一种所谓的噬菌体启动子，这种启动子可以放大CRISPR序列，并使它们以不同的颜色可见。使用传统的荧光显微镜可以在每个细胞核中检测到彩色的五彩纸屑，从而揭示哪个基因被关闭了。

图2 NIS-Seq能够在有核细胞中进行光学条形码识别

发现相关基因的细胞不到100个

“使用NIS-Seq，我们目前需要大约一周的时间来确定相关基因，”Marius Jentzsch说，他也是Schmid-Burgk教授的博士生，也是该论文的第一作者。“对于传统的CRISPR筛选，根据细胞的功能精确分离细胞通常需要几个月的时间。”新方法的另一个优点是，它适用于几乎所有的细胞，甚至是特别小的或不活跃的细胞——只要它们有细胞核。在这项研究中，研究人员成功地分析了来自两个物种的八种细胞类型。Schmid-Burgk：“我们相信，我们的方法将成为识别细胞过程中关键基因参与者的标准工具。”

参与机构及资助

除了波恩大学和UKB之外，墨尔本大学、柏林德国风湿病研究中心（DRFZ）和波兰公司Appilson也参与了这项研究。该项目由波恩大学卓越免疫感觉集群2和跨学科研究领域（TRA）生命与健康以及DFG合作研究中心1454：炎症和细胞编程资助。

参考资料

[1] NIS-Seq enables cell-type-agnostic optical perturbation screening