全基因组Crispr筛网揭示了神经元存活氧化应激的令人惊讶的方式
当一个细胞中的单个基因被开启或关闭时，其产生的存在或缺失会影响细胞的功能和存活。在5月24日发表的一项新研究中自然神经科学加州大学旧金山分校的研究人员通过分别切换人类基因组中的20,000个基因，成功地将这种效应在人类神经元中编目。
通过这样做，他们创造了一种可用于许多不同细胞类型的技术，以及一个数据库，其他使用新技术的研究人员可以提供类似的知识，创建一个横跨整个人类细胞谱的疾病基因功能的图片。
“这是揭开后面机制的关键下一步疾病基因Martin Kampmann博士说，他是加州大学旧金山分校神经退行性疾病研究所和威尔神经科学研究所的副教授，他指出这项工作利用了基因测序、干细胞技术和CRISPR方面的最新进展。
“很多人类遗传学研究都与此相关特定的基因“克汉曼说，”我们正在做的工作可以了解这些工作基因导致疾病，让我们有针对性的治疗。”
他的团队对确定可能与此有关的基因很感兴趣神经退行性疾病比如阿尔茨海默氏症和相关的痴呆症。他们的方法包括使用干细胞生成的人类神经元，以及识别单个基因开启和关闭时细胞内发生的化学变化。
他们专门寻找基因表达的下游变化，这些变化会在细胞中产生氧化应激，在这种情况下，高反应形式的氧气会产生有毒的环境。这种情况被认为是导致神经退化的原因。
基因开关的翻转会带来意想不到的结果
为了调查个别基因并了解更多关于他们的职能，Kampmann采用了一种称为CRISPR激活/干扰，或CRISPR A / I的技术，他作为jonathan Weissman，博士学位癌细胞上工作的UCSF后博士学位学者。。，前UCSF教职员和当前的白头研究所会员和调查员与霍华德休斯医学院。CRISPR A /我允许研究人员暂时转动单基因关闭或打开，看看这种变化如何影响其他基因的表达。
在人类神经元上使用这个工具，Kampmann使一个又一个基因开启和关闭，使用一种染料来显示高活性氧的存在。他的发现中最有趣的是关闭一种名为原皂苷的蛋白质的基因，这种蛋白质通常帮助细胞回收废物，这大大增加了氧化应激水平。
在神经元中，Praposin与称为溶酶体的一部分细胞有关，其中生物分子和毒素以各种方式分类并释放。“乍一看，雷帕莫辛应该与氧化分子无关。它引起了我们的注意，因为这种基因最近与帕金森病联系起来，”克兰克曼说。“真正令人兴奋的是，现在，随着这种Crispr屏幕的结果，我们有一个基于细胞的模型，以帮助我们了解落后的联系。”
然后，团队开始探讨昆曼恩称之为“侦探故事”，以了解缺乏肺炎蛋白酶与神经变性相关。研究人员发现，基因的抑制导致了一种称为年龄颜料的物质的堆积，这在老化细胞中已经看到，其溶酶体不再有效降低材料。研究人员发现，年龄颜料被捕获的铁，产生触发硬化的反应性氧分子，依赖于细胞死亡的铁依赖性过程。
“通过简单地使一个基因失活，”坎普曼说，“在短短几天内，我们就可以产生一个衰老的标志，而这通常需要几十年才能在人体中形成。”
构建基因功能的全局数据库
Kampmann的基因筛选是第一次在人类神经元上进行。
他观察到的一连串变化是特定于神经元的功能，而且只与一组条件有关。他说，该结果为使用CRISPR a/i进行类似的筛选提供了理由，以在神经元和其他类型的分化细胞中寻找引发其他类型疾病相关环境的变化。
为此，Kampmann创建了一个名为Crisprbrain的开放式访问数据库，其中他和其他科学家可以分享和研究大规模数据集，如由他的基因屏幕生成的大规模数据集。然后，应用更高级的计算技术，如机器学习，然后可以检测到这种数据海洋中的模式。
他说:“通过成为来自不同实验室和不同疾病背景的许多不同细胞类型筛选的共用数据，我们可以获得关键的大量信息。”“整合和交叉分析这一切有巨大的力量。”
该团队的下一步是对从已知会导致神经退行性变的突变患者的干细胞中提取的神经元进行类似的筛选，并观察其他的细胞例如星形胶质细胞和小胶质细胞在大脑疾病中发挥作用。
坎普曼希望这项技术和数据库能够被广泛采用。“既然我们可以以一种系统的方式来做这件事，我们就可以真正解释基因如何导致疾病的潜在过程，并找到治疗这些疾病的途径。”
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