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世界微头条丨世界首张小鼠“扰动图谱”揭秘基因功能 上海科技大学池天团队成果登上《细胞》

来源:科技日报  


【资料图】

科技日报记者 王春

7月22日,上海科技大学生命学院池天课题组在《细胞》(Cell)杂志在线发表论文,报道了一种崭新的小鼠基因打靶技术iMAP,快速鉴定了90个基因在39种组织的基本功能,构建了世界首张小鼠微型“扰动图谱”。

早在2001年,国际人类基因组计划就公布了人类基因组序列。但目前为止,约两万个哺乳动物蛋白编码基因在500多种细胞中的功能仍不为人知,这严重妨碍了疾病的诊断和治疗。要系统性地解码全部基因在全部细胞中的功能,必须将其分别在各种细胞中敲除(扰动)再鉴定其细胞表型,即描绘完整的“扰动图谱”。这个图谱的完成,将成为生物医学研究的分水岭:此后,要探索任何基因的基本功能,将会像查找基因序列一样简单。但用传统的基因打靶方法,无法快速有效地描绘扰动图谱,成为功能基因组学领域久攻不下的瓶颈。池天课题组里程碑式的成果为描绘完整扰动图谱迈出了第一步。

“人类基因组早被测序,但其功能至今深藏不露,这严重妨碍了疾病诊治。21世纪生物医学的重要任务是解码人类基因组这部神秘天书。”池天说。

iMAP诞生的背后是一场长达八年、历经六届学生前赴后继努力的科学马拉松。2014年,池天还在耶鲁大学,当时CRISPR基因编辑技术已问世,而池天又熟悉Cre-loxP。他突发奇想,试图融合这两种技术,但同事并不看好,“有人直呼疯狂,大多心存疑虑。”池天回忆,“这也不奇怪,因为iMAP太新了,没有主流技术可以直接对标。”

iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技术,其核心组成部分是一个转基因序列,它由U6启动子和下游一串gRNA表达单位构成。转基因通常只表达第⼀个sgRNA,而利用药物(他莫昔芬)激活Cre,导致转基因重组,可使其余的sgRNA也得以表达,但每个细胞只随机表达其中⼀个。这些sgRNA可在Cas9的帮助下敲除相应的靶基因,从而将小鼠转化为嵌合体。这种嵌合体可立即用于描绘扰动图谱,也可迅速、廉价地繁育出多种传统的单基因敲除品系。该品系不但可用于特定靶基因的后续深入研究,更可用于个体水平的表型筛选,从而与嵌合体优势互补,共同加速基因解码。

iMAP原理。上海科技大学供图

研究团队首先构建了一个iMAP品系,它携带61个gRNA表达单位,共靶向6个功能已知的标志基因。该品系证明了iMAP的鲁棒性,包括展示转基因起码能稳定传13代。随后构建的iMAP品系携带100个gRNA表达单位,靶向90个功能不甚清晰的基因,以此构建了一个微型扰动图谱,揭示了这90个基因分别在39个组织/细胞中对细胞存活、扩增、分化的影响。

不但如此,研究团队还证明,一个iMAP品系的确可以衍生出多个传统的单基因敲除品系。

关键词: 上海科技大学

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