科研

《自然》:科学家利用CRISPRa寻得关键的免疫调节器

2017年8月30日,在一篇发表于《自然》期刊的最新文章中,加州大学旧金山分校和加利福尼亚大学伯克利分校的研究团队利用一种“改良版”的CRISPR技术——CRISPR增强(CRISPRa),搜索了影响T细胞发育基因的增强子,并发现了增强子的监管区域。T细胞是免疫系统的关键组成部分,这些增强子在基因调控的异常模式中具有关键作用,并很可能导致一些自身免疫疾病的发生,如克罗恩病和炎性肠病(IBD)。

为了控制基因表达,我们的基因组利用调节序列来响应特定的化学线索,从而指导基因的开启和关闭。基因组调节序列中的增强子效应很明显,一般能使基因转录频率增加10~200倍,有的甚至可以高达上千倍。在免疫反应中增强子更是重要的免疫调节器,增强子序列可能会离它所调控的基因十万八千里,但是在有信号输入的时候,就会激活基因,令其大量表达,而增强子的作用失误则可引起疾病的恶化。

数据显示,可直接编码蛋白质的序列只占我们基因组的2%。其他98%的增强子和其他调节性DNA元件比较难研究,但却被证实与大量遗传疾病有关。科学家可以根据它们与DNA、蛋白质的相互作用来寻找潜在的增强子序列,但是研究增强子与基因的具体作用通路仍是一个挑战。简单地用CRISPR-Cas9切除增强子并没有帮助,因为如果增强子在实验中使用的特定细胞类型中不起作用,则不会产生明显的效果。

该团队选择研究的基因能够产生一种称为IL2RA的蛋白,这种蛋白对T细胞的免疫功能至关重要。当机体受到外来物侵犯时,IL2RA的蛋白会提醒T细胞开启防御模式。如果应该启动该基因的增强子发生了错误,T细胞收不到“提醒”,就无法发挥抗炎作用,这就可能导致自身免疫性疾病。

后来,科学家们意识到CRISPRa也许可以帮助他们寻找增强子,他们推测,通过将CRISPRa复合物靶向数千个不同的潜在增强子位点,即使增强子隔得十万八千里,也可以确定是哪个增强子开启了某个特定的基因。

CRISPRa采用的是“减弱版”的Cas9酶(能结合多个活性蛋白),虽然CRISPRa也可以通过导向RNA来靶向基因组中的精确位置,但是却不会切割DNA,而是可以激活该区域中的任何一个增强子。通过这项技术,研究人员不仅可以找到这些增强子及其监管区域,而且大大提升了寻找的速度和效率。研究人员表示:“过去,我们几年才能找到一个增强子,但是现在只用了几个月就确定了好几个增强子区域。 ”

目前,研究人员确定的增强子序列之一可增加炎性肠病发病的遗传风险。研究人员对小鼠T细胞进行了修饰,使其含有与人类疾病相关的遗传变异,最终发现这些T细胞确实产生了较少的IL2RA。

这项研究让人们对自身免疫性疾病的认识更上了一层楼。研究人员表示,接下来,仍需要加强该方法的应用,也许可以做到一次搜索许多不同基因的增强子,从而更快地搜索免疫疾病的调节因子。或许,CRISPRa能在未来成为一种广泛适用的工具,用于探索各种细胞中的基因相互作用。

参考资料:

Dimitre R. Simeonov et al. Discovery of stimulation-responsive immune enhancers with CRISPR activation, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23875

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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