Cell：上海科技大学池天团队绘制世界首张小鼠“扰动图谱”

编者按

在数百种细胞类型中，约 20,000 个哺乳动物蛋白质编码基因的功能在很大程度上仍然是个谜。为了揭示细胞中基因的功能，需要扰乱基因并确定其对细胞属性（如存活、增殖、转录组和表观基因组）的直接、细胞内在影响。

2022年7月22日，上海科技大学池天团队在Cell 在线发表题为“Large-scale multiplexed mosaic CRISPR perturbation in the whole organism”的研究论文，该研究报告了用于扰动的诱导型镶嵌动物 (iMAP)，这是一种转基因平台，能够在整个小鼠体内同时进行至少 100 个基因的原位 CRISPR 靶向。 iMAP 结合了 Cre-loxP 和 CRISPR-Cas9 技术，并利用胚系传递的转基因携带大量单独的、串联连接的 gRNA 编码单元。 

Cre 介导的重组触发阵列中所有 gRNAs 的表达，但每个细胞只有一个 gRNAs，将小鼠转化为适合表型表征的镶嵌生物，也适用于通过育种高通量推导常规单基因扰动系。使用 gRNA 表示作为读数，该研究绘制了一个微型 Perturb-Atlas，对 39 个组织中 90 个基因的扰动进行编目，这对上下文相关的基因功能产生了丰富的见解，并提供了 iMAP 在基因组解码中的潜力。总之，iMAP 的出现为分析整个小鼠体内 20,000 个蛋白质编码基因的扰动效应奠定了基础。

在数百种细胞类型中，约 20,000 个哺乳动物蛋白质编码基因的功能在很大程度上仍然是个谜。为了揭示细胞中基因的功能，需要扰乱基因并确定其对细胞属性（如存活、增殖、转录组和表观基因组）的直接、细胞内在影响。“小鼠细胞扰动图谱”对整个小鼠体内所有蛋白质编码基因的影响进行全面分类，将作为功能基因组学中有价值的参考图谱。绘制这些图谱需要在小鼠中进行高通量、泛组织基因靶向。

传统的小鼠基因敲除 (KO) 方法在这里不适用，不仅因为它们的通量低，而且因为 KO 经常产生严重的细胞外在效应，从而掩盖细胞内在表型。这两个问题都可以通过使用 CRISPR 扰动与汇集的病毒 gRNA 文库来避免，正如在小鼠中的 CRISPR 筛选中所证明的那样。在这样的筛选中，许多基因在一只小鼠中同时受到扰动，并且扰动是镶嵌的，相同的基因仅在靶细胞的一小部分中被破坏，从而最大限度地减少了细胞外在表型。

文章模式图（图源自Cell ）靶细胞要么用原位病毒库转导，要么首先在体外分离和转导，然后再移植回小鼠体内。不幸的是，对于原位靶向，文库递送效率低下、不均匀，并且迄今为止仅适用于少数可接近的实体器官，而移植方法不仅从细胞中剥离空间信息，而且复杂且仅适用于少数细胞可移植和可转导的类型。此外，病毒库和转导细胞不可回收，需要重复制备这些宝贵的试剂，劳动强度大、成本低且容易产生批次效应。因此，用于绘制扰动图集的有效扰动工具仍然难以捉摸。该研究使用胚系传递的转基因填补了这一空白，该转基因能够诱导表达每只小鼠至少 100 个 gRNA，但每个细胞只能表达一个。该系统无病毒、简单且强大，从而绕过了病毒库的上述限制。在这项研究中，首先通过扰动 6 个具有已知功能的基因来证明的策略原理，然后构建了一个微型的 Perturb-Atlas 分析图，该 gRNA 针对 39 个小鼠器官/组织/细胞类型（以下简称“组织”）中的 90 个基因。最后，该研究证明了该系统可以很容易地产生传统的单 KO 小鼠系池。总之，iMAP 的出现为分析整个小鼠体内 20,000 个蛋白质编码基因的扰动效应奠定了基础。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00791-7#%20

转自：硕博一线

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