CRISPRainbow是一種使用由UMass醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)的CRISPR / Cas9的新技術(shù)，它允許研究人員在活細(xì)胞中標(biāo)記和追蹤多達(dá)七種不同的基因組位置。該標(biāo)簽系統(tǒng)的詳細(xì)信息發(fā)表在Nature Biotechnology上，將成為實(shí)時(shí)研究基因組結(jié)構(gòu)的寶貴工具。

“大多數(shù)人都使用CRISPR來編輯基因組。我們用它來標(biāo)記DNA并追蹤DNA在活細(xì)胞中的運(yùn)動(dòng)，”研究專家Hanhui Ma博士說道，他與Vitold Arnett教授Thoru Pederson博士合著了這項(xiàng)研究。細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)與分子藥理學(xué)教授。

知道活細(xì)胞中基因組元件的精確位置對(duì)于理解染色體動(dòng)力學(xué)至關(guān)重要，因?yàn)榭刂莆覀兩飳W(xué)和健康的基因根據(jù)它們在三維空間中的位置這樣做，Drs說。佩德森和馬。對(duì)于要轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的基因，必須可以在染色體上訪問。DNA位于擁擠的細(xì)胞核中，在從胚胎發(fā)育到癌癥的各個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。

然而，目前的技術(shù)僅能夠在活細(xì)胞中一次跟蹤至多三個(gè)基因組位置。標(biāo)記更多的位點(diǎn)需要通過將細(xì)胞浸泡在甲醛中來固定細(xì)胞，從而殺死它們并使得無法觀察染色體結(jié)構(gòu)隨時(shí)間或響應(yīng)刺激的變化。為克服這一技術(shù)障礙，Pederson和Ma轉(zhuǎn)向CRISPR / Cas9。為了使用CRISPR / Cas9復(fù)合物標(biāo)記基因組上的特定位置，他們創(chuàng)建了Cas9突變，使核酸酶失活，因此它只與DNA結(jié)合并且不會(huì)切割基因組。一旦失活，CRISPR / Cas9元件通過可由研究人員編程的指導(dǎo)RNA運(yùn)送到基因組上的特定位置。

為了在CRISPR / Cas9復(fù)合物與基因組結(jié)合后觀察和跟蹤它，Ma將引導(dǎo)RNA設(shè)計(jì)為包括三種主要熒光蛋白中的一種：紅色，綠色或藍(lán)色。然后可以在顯微鏡下實(shí)時(shí)觀察和跟蹤這些蛋白質(zhì)。通過將第二種熒光蛋白連接到指導(dǎo)RNA，Ma能夠組合三種基色以產(chǎn)生三種額外的標(biāo)記：青色，品紅色和黃色。通過組合所有三種基色來實(shí)現(xiàn)第七標(biāo)簽，白色。

“與顯微鏡中的光譜過濾器配合使用的計(jì)算機(jī)讀出顏色組合并將其顯示為您要求的顏色，”Pederson解釋道。“例如，紅色和綠色可以是黃色。使用三原色和這種稱為計(jì)算著色的方法，我們可以生成另外三種顏色。

CRISPRainbow可同時(shí)定位多達(dá)七個(gè)不同的DNA位點(diǎn)，每個(gè)位點(diǎn)都具有獨(dú)特的顏色。將其部署在活細(xì)胞中增加了該技術(shù)的力量，因?yàn)樗梢愿櫩赡芫哂兄匾飳W(xué)后果的基因組的動(dòng)態(tài)拓?fù)溥\(yùn)動(dòng)。

“通過這項(xiàng)技術(shù)，我們可以在不同的時(shí)間點(diǎn)可視化不同的染色體位點(diǎn)，”該研究的共同作者，博士，博士，David Grunwald實(shí)驗(yàn)室博士后，UMMS生物化學(xué)和藥理學(xué)助理教授。“我們可以監(jiān)測它們，看看這些基因座移動(dòng)的速度和速度。通過這種方式，我們可以看到這些結(jié)構(gòu)變化如何影響所表達(dá)的基因及其與健康和疾病的關(guān)系。”

作為UMMS基因組三維結(jié)構(gòu)研究的先驅(qū)，Job Dekker博士對(duì)CRISPRainbow充滿熱情。“通常情況下，當(dāng)我們查看基因組的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們會(huì)得到這個(gè)快照，我們希望我們可以看到當(dāng)細(xì)胞對(duì)某些物體做出反應(yīng)時(shí)五分鐘之后它會(huì)是什么樣，”霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Dekker博士說。生物化學(xué)與分子藥理學(xué)教授，系統(tǒng)生物學(xué)項(xiàng)目聯(lián)合主任。“這個(gè)系統(tǒng)允許人們實(shí)時(shí)跟蹤它。我認(rèn)為這是一項(xiàng)非常重要的新技術(shù)。”