Nature Biotechnology：彩色細胞核顯示出細胞的關鍵基因

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-12-24 14:52:00【大中小】

摘要：研究人員已經開發出一種方法，使他們更加容易和快速識別與疾病有關的基因。

識別與疾病有關的基因是生物醫學研究的主要挑戰之一。波恩大學和波恩大學醫院（UKB）的研究人員已經開發出一種方法，使他們的識別變得更加容易和快速：他們點亮細胞核中的基因組序列。與使用現有方法進行復雜篩選相比，NIS-Seq方法可用于研究人類細胞中幾乎任何生物過程的遺傳決定因素。

人類大約有2萬個基因。它們決定了我們的身體如何運作，我們如何發育以及細胞如何繁殖。“例如，某些基因負責重要的免疫反應，但也參與危及生命的炎癥過程，”Jonathan Schmid-Burgk教授說，他是UKB臨床化學和臨床藥理學研究所的研究小組組長，也是波恩大學免疫感覺2卓越集群的成員。“我們的研究興趣是識別這些基因，以便更好地治療疾病。

圖1 NIS-Seq實現了與細胞類型無關的光學擾動篩選

傳統方法：費時費力，頻譜有限

CRISPR篩選方法可用于系統地檢查基因在細胞中的功能。“CRISPR用于關閉每個細胞中的隨機基因，”Schmid-Burgk解釋說。“然后，我們豐富了特定生物過程被改變的細胞，并識別出被關閉的基因。”這一過程相當復雜：對于所研究的每一個過程，都必須建立一種富集相關細胞的方法，例如使用細胞分選機。另一個弱點是：CRISPR篩選并不能很好地適用于每一種細胞類型——尤其是人類免疫細胞往往不能在多階段的過程中存活下來。

新方法：顯微鏡下染色細胞核的簡單檢測

來自波恩的研究人員現在已經開發出一種光學CRISPR篩選方法，可以更容易、更快速地識別重要基因：核原位測序，簡稱NIS-Seq。“CRISPR在這里也被使用，”研究小組的博士生、該研究的第一作者Caroline Fandrey解釋說。“然而，我們可以在細胞還活著的時候觀察細胞中的幾乎任何生物過程，以確定其中的關鍵基因。”研究人員使用了一種技巧來做到這一點：除了CRISPR序列之外，他們還向細胞基因組中引入了一種所謂的噬菌體啟動子，這種啟動子可以放大CRISPR序列，并使它們以不同的顏色可見。使用傳統的熒光顯微鏡可以在每個細胞核中檢測到彩色的五彩紙屑，從而揭示哪個基因被關閉了。

圖2 NIS-Seq能夠在有核細胞中進行光學條形碼識別

發現相關基因的細胞不到100個

“使用NIS-Seq，我們目前需要大約一周的時間來確定相關基因，”Marius Jentzsch說，他也是Schmid-Burgk教授的博士生，也是該論文的第一作者。“對于傳統的CRISPR篩選，根據細胞的功能精確分離細胞通常需要幾個月的時間。”新方法的另一個優點是，它適用于幾乎所有的細胞，甚至是特別小的或不活躍的細胞——只要它們有細胞核。在這項研究中，研究人員成功地分析了來自兩個物種的八種細胞類型。Schmid-Burgk：“我們相信，我們的方法將成為識別細胞過程中關鍵基因參與者的標準工具。”

參與機構及資助

除了波恩大學和UKB之外，墨爾本大學、柏林德國風濕病研究中心（DRFZ）和波蘭公司Appilson也參與了這項研究。該項目由波恩大學卓越免疫感覺集群2和跨學科研究領域（TRA）生命與健康以及DFG合作研究中心1454：炎癥和細胞編程資助。

參考資料

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