Nature子刊:CRISPR-Cas9技术可诱导遗传伤疤

日期: 2018年04月11日


    

导读:Junker课题组在《Nature Biotechnology》发表最新文章公布最新技术LINNAEUS,它将帮助研究人员确认细胞类型以及每个细胞的血统。下面,赛业小编为您推荐“Nature子刊:CRISPR-Cas9技术可诱导遗传伤疤”,详情如下:

 

斑马鱼胚胎


每一本生物学教材都指出,细胞是生命的基石。但是直到最近几年,科学家们才开始了解细胞的多样性。


RNA测序等技术揭示单个细胞的基因表达,通过类似的表达谱,所有细胞得以被系统地排列。“无论什么时候,当我们用这类技术探索器官或有机体时,我们不仅看到了熟悉的细胞类型,而且总能发现未知和罕见的细胞类型,”Max Delbrück分子医学中心量化发育生物学研究组组长Jan Philipp Junker博士说。“显而易见的问题是:这些不同类型的细胞从哪来的?”


Junker课题组在《Nature Biotechnology》发表最新文章公布最新技术LINNAEUS,它将帮助研究人员确认细胞类型以及每个细胞的血统。


未来,研究人员将利用LINNAEUS实现所有细胞谱系发育树跟踪。这项技术基于DNA疤痕,它们就像来自每支细胞谱系的条形码。


在斑马鱼胚胎仍处于单细胞阶段时,Junker团队向其注入CRISPR-Cas9系统。接下来8小时,Cas9反复切割1个斑马鱼细胞肯定不需要的序列,红色荧光蛋白(RFP)基因;导致胚胎的红色光辉逐渐消失,基因上形成数千个不同的DNA伤口。

 

斑马鱼细胞


CRISPR总在一个精确位点上切割,但是在下一次细胞分裂发生之前,细胞只有不到15分钟时间修复伤口,”Junker说。“修补必须迅速完成,所以染色体碎片是粘合在一起的。DNA疤痕长度随机,它的确切位置也不尽相同。因此,可以通过遗传疤痕,识别来源于共同祖先的细胞。”


单细胞RNA测序有能力根据细胞类型绘制上千个细胞图谱,DNA疤痕力量更强,它可以显示细胞之间上百万种连接。然而,从混乱的数据中重建谱系树的各种挑战是显而易见的。有些疤痕特别容易发生。“如果同样的疤痕序列产生在心脏和脑两种不同细胞,人们可能会误以为他们拥有一个共同祖先,这绝对是危险的,”Junker说。“所以我们必须知道哪些序列不能相信,预先把它们过滤出来。”


此外,所有细胞的所有疤痕可能无法一个不漏的被全部检出。文章一作、生物信息学家Bastiaan Spanjaard说。“所以我们还开发了一种弥补数据间隙以构建谱系树的方法。”


缩放数据


最终的谱系树由五颜六色的饼图组成,每个分区都是一个疤,饼图上的颜色代表它属于哪种细胞类型。“研究人员可以放大这些非常庞大的数据集,尽可能多地查找他们所需的各种细节。”


“例如,有两种心脏细胞几乎不可分辨,但谱系树显示,它们在极早期就分别向不同分支方向发展了,”Junker说。“接下来我们想知道这些细胞类型位于斑马鱼心脏哪些部位。”

 

心脏细胞谱系树


这项技术在人类细胞器方面也拥有巨大潜力,最终将帮助我们了解哪些突变对细胞谱系树造成了永久性损害。


原文检索:Simultaneous lineage tracing and cell-type identification using CRISPR-Cas9-induced genetic scars


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