2021年5月28日 訊 /生物谷BIOON/ --單細胞轉(zhuǎn)錄組學能提供不同人類細胞中基因表達的系統(tǒng)圖譜,，而下一項挑戰(zhàn)則是系統(tǒng)性地理解細胞類型的特定基因功能,，基于CRISPR的功能基因組學和干細胞技術(shù)的整合則能使得分化的人類細胞中的基因功能得到擴展化的分析,。當細胞中的單個基因被開啟或關(guān)閉時,，其存在或缺失會影響細胞的功能和生存,；日前,，一篇發(fā)表在國際雜志Nature Neuroscience上題為“Genome-wide CRISPRi/a screens in human neurons link lysosomal failure to ferroptosis”的研究報告中,，來自中國南方科技大學等機構(gòu)的科學家們通過分析人類基因組中的2萬個基因,，成功對人類神經(jīng)元的影響效應(yīng)進行了編目。

圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41593-021-00862-0

文章中,，研究人員創(chuàng)造了一種能用于許多不同類型細胞的技術(shù)以及一個數(shù)據(jù)庫,，其他使用該技術(shù)的研究人員也能夠貢獻類似的知識，從而創(chuàng)造出一幅橫跨整個人類細胞譜的疾病基因功能圖譜,。這或許是揭開疾病基因背后機制的關(guān)鍵一步,，而且該項研究工作還利用了基因測序、干細胞技術(shù)和CRISPR技術(shù)等最新研究進展,。

很多人類遺傳學研究都將特定基因與特定疾病關(guān)聯(lián)了起來,，目前研究人員正在進行的工作就是理解這些基因的改變誘發(fā)疾病的機制，這或許就能幫助他們更加有針對性地開發(fā)新型療法,。研究人員非常感興趣研究參與諸如阿爾茲海默病和其它形式癡呆癥等神經(jīng)變性疾病的關(guān)鍵基因,，他們所使用的方法包括利用干細胞所產(chǎn)生的神經(jīng)元，并確定了當基因被開啟和關(guān)閉時再細胞中所發(fā)生的化學變化,。

研究人員尤其尋找了能在細胞中產(chǎn)生氧化性壓力的基因表達的下游改變,，在這種情況下，高活性的氧氣就能創(chuàng)造一種有毒的環(huán)境,，這種情況被認為是導致神經(jīng)變性的主要原因,。為了調(diào)查單一基因病深入研究其相關(guān)功能，研究人員采用了一種名為CRISPR激活/干擾的技術(shù)（CRISPR a/i）,，其能幫助研究人員暫時開啟或關(guān)閉單一基因,，從而觀察這種改變是如何影響其它基因表達的。利用能用于人類神經(jīng)元研究的工具,，研究人員就能打開和關(guān)閉一個又一個基因,，同時還能利用染料來觀察高活性氧的存在，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，關(guān)閉一種能制造激活蛋白原（prosaposin）的基因的表達或許就會增加氧化性壓力的水平,，該蛋白能幫助協(xié)助細胞回收廢棄物。

在神經(jīng)元中，激活蛋白原與細胞中的溶酶體有關(guān),，在溶酶體中,，生物性分子和毒素會被分類并以各種方式被處理；表面上,，激活蛋白原似乎與氧化分子無關(guān),，但其卻引起了研究人員的注意，因為遜有研究表明表達激活蛋白原的基因與帕金森發(fā)病有關(guān),；讓研究人員真正激動的時，通過CRISPR篩查所得到的結(jié)果,，他們擁有了一種基于細胞的模型來幫助理解這種聯(lián)系背后的原因,。隨后研究人員開始深入研究揭示激活蛋白原的缺失是如何與神經(jīng)變性聯(lián)系上的，他們發(fā)現(xiàn),，抑制編碼激活蛋白原的基因的表達或會導致一種稱之為“老年斑”（age pigment）的物質(zhì)的堆積,，這種老年斑通常會在衰老的細胞中出現(xiàn)，而且細胞中的溶酶體不再能夠有效地降解該物質(zhì),。研究人員發(fā)現(xiàn),，老年斑會截留鐵離子，并產(chǎn)生活性氧分子,，進而誘發(fā)鐵死亡（一種導致細胞死亡的鐵依賴性過程）,。

在人類神經(jīng)元中進行全基因組CRISPRi/a篩查或能將溶酶體失效與鐵死亡關(guān)聯(lián)起來。

圖片來源：Tian, R., et al. Nat Neurosci (2021). doi：10.1038/s41593-021-00862-0

研究者Kampmann表示,，通過簡單地激活單個基因的表達,，在短短幾天內(nèi)我們就能產(chǎn)生一種衰老的標志，而這一標志在人體中通常需要幾十年才能形成,。本文中研究人員所進行的遺傳篩查是在人類神經(jīng)元細胞上的首個此類篩查,；結(jié)果他們觀察到了一系列改變都是神經(jīng)元功能所特有的，而且只與一組條件有關(guān),；這些研究結(jié)果為科學家們使用CRISPR a/i進行類似的篩選提供了一定的理由,；從而還能幫助其尋找促使神經(jīng)元和其它類型分化細胞出現(xiàn)其它種類疾病相關(guān)環(huán)境的變化。為此,，研究人員創(chuàng)建了一種名為CRISPRbrain的開放性數(shù)據(jù)庫,，基于該數(shù)據(jù)庫，研究人員就能夠分享并研究大規(guī)模的數(shù)據(jù)集,，比如遺傳篩查所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等,；而應(yīng)用最先進的計算技術(shù)，比如機器學習技術(shù),，他們就能在這種數(shù)據(jù)的海洋中進行檢索篩選,。

綜上，本文研究中，研究人員創(chuàng)建了名為CRISPRbrain的數(shù)據(jù)庫,，其能幫助研究人員系統(tǒng)性地比較不同類型的人類細胞之間基因功能的差異,，下一步他們將會對來自已知的會促進神經(jīng)變性的攜帶突變的患者機體的干細胞所制造的神經(jīng)元進行類似的篩選，以及僅研究諸如星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞等在大腦疾病發(fā)病過程中發(fā)揮作用的關(guān)鍵細胞,。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

Tian, R., Abarientos, A., Hong, J. et al. Genome-wide CRISPRi/a screens in human neurons link lysosomal failure to ferroptosis. Nat Neurosci (2021). doi：10.1038/s41593-021-00862-0