使用CRISPR基因組編輯系統(tǒng)的修改版本，麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種篩選保護(hù)特定疾病的基因的新方法。CRISPR通常用于編輯或刪除活細(xì)胞中的基因。然而，麻省理工學(xué)院的研究小組對(duì)其進(jìn)行了調(diào)整，以便在大量細(xì)胞群中隨機(jī)打開或關(guān)閉不同的基因組，使研究人員能夠識(shí)別保護(hù)細(xì)胞免受帕金森病相關(guān)蛋白質(zhì)的基因。

麻省理工學(xué)院電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物工程副教授Timothy Lu表示，新技術(shù)在“ 分子細(xì)胞 ”雜志中有所描述，它提供了一種尋找多種疾病藥物靶點(diǎn)的新方法，而不僅僅是帕金森癥。“目前的技術(shù)水平同時(shí)針對(duì)兩個(gè)或三個(gè)基因，然后觀察其影響，但我們認(rèn)為可能需要調(diào)節(jié)以解決其中一些疾病的基因組實(shí)際上更廣泛，”Lu說。 ，誰是該研究的高級(jí)作者。

該論文的主要作者是博士后陳英周和研究生Fahim Farzadfard。

打開或關(guān)閉基因

CRISPR基因組編輯系統(tǒng)由稱為Cas9的DNA切割酶和靶向基因組特定序列的短RNA引導(dǎo)鏈組成，告訴Cas9在哪里進(jìn)行切割。利用這一過程，科學(xué)家們可以在活體動(dòng)物的基因組中進(jìn)行靶向突變，或者刪除基因，或者插入新基因。

在這項(xiàng)新研究中，麻省理工學(xué)院的研究小組取消了Cas9的切割能力并對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以便在與目標(biāo)位點(diǎn)結(jié)合后，它會(huì)募集轉(zhuǎn)錄因子(需要轉(zhuǎn)化基因的蛋白質(zhì))。

通過將這種版本的Cas9與指導(dǎo)RNA鏈一起提供到單個(gè)細(xì)胞中，研究人員可以針對(duì)每個(gè)細(xì)胞靶向一個(gè)基因序列。每個(gè)指導(dǎo)RNA可能會(huì)擊中單個(gè)基因或多個(gè)基因，具體取決于特定的指導(dǎo)序列。這使得研究人員可以隨機(jī)篩選整個(gè)基因組中的影響細(xì)胞存活的基因。

“我們決定采取一種完全無偏見的方法，而不是針對(duì)感興趣的單個(gè)基因，我們會(huì)在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)隨機(jī)指導(dǎo)，”Lu說。“使用這種方法，我們是否可以篩選在神經(jīng)退行性疾病模型中具有異常強(qiáng)大保護(hù)活性的指導(dǎo)RNA。”

研究人員將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于酵母細(xì)胞，這些酵母細(xì)胞經(jīng)過基因工程改造，可以過量產(chǎn)生與帕金森病相關(guān)的蛋白質(zhì)，稱為α-突觸核蛋白。這種蛋白質(zhì)在帕金森病患者的大腦中形成團(tuán)塊，通常對(duì)酵母細(xì)胞有毒。

使用這個(gè)屏幕，麻省理工學(xué)院的研究小組確定了一條具有非常強(qiáng)大作用的指導(dǎo)RNA鏈，使細(xì)胞比以前發(fā)現(xiàn)的保護(hù)這類酵母細(xì)胞的任何單個(gè)基因更有效。

進(jìn)一步的遺傳篩選顯示，該指導(dǎo)RNA鏈上的許多基因都是伴侶蛋白，可以幫助其他蛋白質(zhì)折疊成正確的形狀。研究人員假設(shè)這些伴侶蛋白可能有助于α突觸核蛋白的正確折疊，這可以防止它形成團(tuán)塊。

由指導(dǎo)RNA激活的其他基因編碼線粒體蛋白，其幫助細(xì)胞調(diào)節(jié)其能量代謝，并且運(yùn)輸參與包裝和運(yùn)輸其他蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)。研究人員現(xiàn)在正在調(diào)查指導(dǎo)RNA是否單獨(dú)打開這些基因中的每一個(gè)，或者它是否激活一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)基因，然后開啟其他基因。

保護(hù)作用

一旦研究人員在酵母中發(fā)現(xiàn)了這些基因，他們就會(huì)測試人類神經(jīng)元中的人類等同物，這些神經(jīng)元在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長，同樣也會(huì)過量產(chǎn)生α突觸核蛋白。Lu說，這些人類基因也可以預(yù)防α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的死亡，這表明它們可能值得作為帕金森病的基因療法治療進(jìn)行檢測。

波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Wilson Wong表示，該研究強(qiáng)調(diào)了CRISPR / Cas9可以使用的多種應(yīng)用。

“同樣有趣的是，他們可以使用酵母作為遺傳篩選的起點(diǎn)，并確定對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中 α-突觸核蛋白毒性具有保護(hù)作用的指導(dǎo)RNA ，”未參與該研究的Wong說。“這項(xiàng)工作可以為使用隨機(jī)引導(dǎo)RNA和酵母來探究復(fù)雜的人類生物學(xué)鋪平道路。”

Lu的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在使用這種方法篩選與其他疾病相關(guān)的基因，研究人員已經(jīng)確定了一些似乎可以預(yù)防某些老化影響的基因。