Nature Biotechnology:彩色细胞核显示出细胞的关键基因

时间:2024年12月24日
来源:AAAS

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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。这项研究现已发表在《自然生物技术》杂志上。

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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。”

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。

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。

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