上海科技大学最新:《Cell》!

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(inducible Mosaic Animal for Perturbation),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从0到1的第一步

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。

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图1.iMAP原理

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

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图2.微型扰动图谱。展示100个sgRNA分别在39个组织/细胞类型中的丰度。

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。

该成果论文题为“Large-Scale Multiplexed Mosaic CRISPR Perturbation in the Whole Organism”。生命学院池天课题组2016级博士刘波(已毕业)、2018级博士生荆征宇、2019级博士生张校铭、2014级博士陈玉鑫(已毕业)、2015级博士毛少帅(已毕业)为本文共同第一作者,池天教授为唯一通讯作者上海科技大学为第一完成单位

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.039

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