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新技术在基因组中搜索抗击疾病的基因

使用CRISPR基因组编辑系统的修改版本,麻省理工学院的研究人员开发了一种筛选保护特定疾病的基因的新方法。CRISPR通常用于编辑或删除活细胞中的基因。然而,麻省理工学院的研究小组对其进行了调整,以便在大量细胞群中随机打开或关闭不同的基因组,使研究人员能够识别保护细胞免受帕金森病相关蛋白质的基因。

新技术在基因组中搜索抗击疾病的基因

麻省理工学院电气工程与计算机科学和生物工程副教授Timothy Lu表示,这项新技术在“分子细胞”杂志中有所描述,它提供了一种寻找多种疾病药物靶点的新方法,而不仅仅是帕金森氏症。

“现在的技术水平同时针对两个或三个基因,然后观察其影响,但我们认为可能需要调节以解决其中一些疾病的基因组实际上更广泛,”Lu说。 ,谁是该研究的高级作者。

该论文的主要作者是博士后Ying-Chou Chen和研究生Fahim Farzadfard。

打开或关闭基因

CRISPR基因组编辑系统由称为Cas9的DNA切割酶和靶向基因组特定序列的短RNA引导链组成,告诉Cas9在哪里进行切割。利用这一过程,科学家们可以在活体动物的基因组中进行靶向突变,可以删除基因或插入新基因。

在这项新研究中,麻省理工学院的研究小组取消了Cas9的切割能力并对蛋白质进行了改造,以便在与目标位点结合后,它会募集转录因子(需要转化基因的蛋白质)。

通过将这种版本的Cas9与指导RNA链一起提供到单个细胞中,研究人员可以针对每个细胞靶向一个基因序列。每个指导RNA可能会攻击单个基因或多个基因,具体取决于特定的指导序列。这使得研究人员可以随机筛选整个基因组中的影响细胞存活的基因。

“我们决定采用一种完全无偏见的方法,而不是针对感兴趣的单个基因,我们会在细胞内表达随机指导,”Lu说。“使用这种方法,我们是否可以筛选在神经退行性疾病模型中具有异常强大保护活性的指导RNA。”

研究人员将这项技术应用于酵母细胞,这些酵母细胞经基因工程改造过量产生与帕金森病相关的蛋白质,称为α-突触核蛋白。这种蛋白质在帕金森病患者的大脑中形成团块,通常对酵母细胞有毒。

使用这个屏幕,麻省理工学院的研究小组确定了一条具有非常强大作用的指导RNA链,使细胞比以前发现的任何保护这种酵母细胞的单个基因更有效。

进一步的遗传筛选表明,该指导RNA链上的许多基因都是伴侣蛋白,可以帮助其他蛋白质折叠成正确的形状。研究人员假设这些伴侣蛋白可能有助于α突触核蛋白的正确折叠,这可以防止它形成团块。

由指导RNA激活的其他基因编码线粒体蛋白,其帮助细胞调节其能量代谢,并且运输参与包装和运输其他蛋白质的蛋白质。研究人员现在正在调查指导RNA是否单独打开这些基因中的每一个,或者它是否激活一个或多个调节基因,然后转换其他基因。

保护作用

一旦研究人员在酵母中发现了这些基因,他们就会测试人类神经元中的人类等同物,这种神经元在实验室培养皿中生长,同样也会过量产生α突触核蛋白。Lu说,这些人类基因也可以预防α-突触核蛋白诱导的死亡,这表明它们可能值得作为帕金森病的基因疗法治疗进行检测。

波士顿大学生物医学工程助理教授Wilson Wong表示,该研究强调了可以使用CRISPR / Cas9的多种应用。

“同样有趣的是,他们可以使用酵母作为遗传筛选的起点,并鉴定出对哺乳动物细胞中α-突触核蛋白毒性具有保护作用的指导RNA,”未参与该研究的Wong说。“这项工作可以为使用随机引导RNA和酵母来探究复杂的人类生物学铺平道路。”

Lu的实验室现在正在使用这种方法筛选与其他疾病相关的基因,研究人员已经确定了一些似乎可以预防某些老化影响的基因。

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