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题目：Transcriptional linkage analysis with in vivo AAV-Perturb-seq

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年9月20日

通讯作者单位：苏黎世联邦理工学院

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06570-y

主要内容：

大多数研究基因在疾病中的作用的高通量测定都涉及体外细胞模型。现在，一种针对小鼠特定细胞进行CRISPR-Cas9基因编辑并分析单核转录效应的技术，已经为参与22q11.2缺失综合征的基因提供了新的见解。

过去几十年人类遗传学的进步导致发现了许多与疾病相关的遗传变异。然而，由于当前方法的局限性，了解这些变异效果的努力进展缓慢。例如，在体外细胞模型中检查遗传变异的高通量筛选可以提供有价值的信息，但无法模拟生物体的复杂性。转基因疾病动物模型更接近于概括体内的复杂性，但它们很难创建。体内筛选方法 - 检查完整器官细胞中遗传变异的影响 - 通量低或难以靶向特定组织需要创新的筛查工具来解决这些问题。评估遗传元件影响的理想技术应具有高通量，易于在体内应用，可用于许多发育阶段，组织和细胞类型，并且与用于改变基因功能的多种工具以及评估单细胞变异影响的技术兼容，例如通过转录分析进行基因表达分析。

作者创造了一种称为AAV-Perturb-seq的筛选技术来满足这些要求。该方法将靶向基因编辑技术CRISPR-Cas9与腺相关病毒（AAV）相结合，可以将试剂递送到所需的目的地。它涉及产生一个CRISPR引导RNA文库，该文库靶向目标基因，包含在针对特定组织和细胞的AAV载体中。然后将AAV文库注射到小鼠中，然后在所需的基因和细胞中进行基因编辑。然后通过单细胞或单核RNA测序检索和分析修饰的细胞或细胞核（图1a）。因此，AAV-Perturb-seq可以详细研究体内一系列细胞类型中数十种遗传变化的影响（图1b）。

作者使用该方法研究了22q11.2缺失综合征所涉及的基因，该综合征是由染色体区域22q11.2的丢失引起的。这是人类最常见的染色体缺失，通常会导致精神分裂症或自闭症，但单个基因在成熟脑细胞中该染色体位点中的作用尚不清楚。作者使用AAV-Perturb-seq检查了小鼠大脑缺失区域中29个基因的功能，发现仅三个基因的扰动导致转录变化。进一步的分析表明，这些基因影响涉及神经元功能的各种生物学途径。这三个基因的综合作用占40q22.11缺失综合征小鼠模型中观察到的基因表达变化的2%。作者的研究结果揭示了这种综合征患者神经元功能障碍的潜在因素，并表明有可能直接在成熟神经元中逆转基因表达的一些变化。

AAV-Perturb-seq可用于研究遗传元件在广泛的发育时间点，组织和细胞类型的高通量筛选中的作用。这可以增加对许多健康和疾病状况的了解。

通过靶向成人大脑，作者展示了破坏成熟小鼠神经元基因的直接影响。然而，22q11.2位点的基因在发育过程中的不同时间是活跃的，22q11.2缺失导致广泛的表型。因此，在整个发育过程中评估基因功能非常重要。此外，仅靠转录组学测量无法完全捕获基因变异对蛋白质、细胞和神经元回路的影响。开发和整合分析这些影响的方法到AAV-Perturb-seq中，最终可以提供对这些基因突变如何影响细胞，组织和生物体的整体理解。

作者的工作留下了一些悬而未决的问题。例如，目前尚不清楚作者的研究结果在多大程度上扩展到人类，或者同时扰乱细胞中多个22q11.2基因的后果可能是什么。接下来，作者希望探索作者观察到的通过扰动22q11.2基因观察到的转录细胞和生物体效应是否可以通过恢复三个相关基因的功能来拯救。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06570-y

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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