スクリップス・リサーチで開発された新しい CRISPR スクリーニング法は、ヒトの病気や障害の遺伝的基盤に関する研究を改善する可能性があります。 この方法の概要は次のとおりです。 細胞「」というタイトルの論文で、大規模並列 in vivo Perturb-seq により、皮質発達における細胞型特異的な転写ネットワークが明らかに」
Scripps Research の神経科学者である Xin Jin 博士が率いるこの論文の著者らは、既存の CRISPR スクリーニングの限界を次のように要約しました。 1) 生体内で十分な数の細胞のスケーラブルな標識と摂動を達成することが困難です。 2) 彼らは、まばらな単一細胞のオミクスデータにおける各細胞の摂動のアイデンティティをデコンボリューションするのが困難です。 3) これらは、生体内での浸透性と熱安定性が制限されていることが知られているレンチウイルスベクターに依存しており、中枢神経系や末梢神経系などの到達しにくい組織での全身スクリーニングを妨げています。
これらの問題に対処するために、Xinらは、単一細胞解像度での遺伝子発現ベースの特性評価により、広範な組織および細胞タイプをターゲットとする、AAVベースの大規模並列in vivo Perturb-seqプラットフォームを開発した。 このプラットフォームを実証するために、科学者たちはそれを使用してマウスの胎児の脳の発達を研究しました。
「我々の子宮内スクリーニングによる原理証明により、Foxg1の多面発現効果が特定され、第6層皮質視床ニューロンの細胞運命の特定に不可欠な異なるネットワークの厳密な調節が強調された」と論文の著者らは書いている。 「注目すべきことに、当社のプラットフォームは脳細胞の 6% 以上を標識でき、現在の最先端の有効性を上回っています。
摂動表現による脳のビュー。 [Scripps Research]ジン氏は、この新しい方法は、研究者が病気をより詳細に調査するのに役立つ可能性があると説明した。「ゲノムの特定の遺伝的変異が、私たちをさまざまな病気に対して脆弱にしたり、回復力を高めたりする可能性があることはわかっていますが、病気の背後にある特定の細胞タイプはどれでしょうか? これらの細胞のゲノム変異の影響を受けやすい脳の領域はどれですか? 私たちはこのような質問に答えようとしています。
「この新しいテクノロジーを使用して、脳の領域全体、細胞の種類全体、病気の発症のタイミング全体にわたって、より動的な全体像を構築し、病気がどのように起こったのか、そして介入をどのように設計するかを実際に理解し始めたいと考えています。」
人間の遺伝学における10年以上の努力のおかげで、科学者たちは人間のさまざまな病気の原因となる遺伝子変化の長いリストにアクセスできるようになりましたが、遺伝子がどのように病気を引き起こすのかを知ることと、病気そのものを治療する方法を知ることは大きく異なります。 すべてのリスク遺伝子は、1 つまたは複数の異なる細胞型に影響を与える可能性があります。 これらの細胞種、さらには個々の細胞がどのように遺伝子に影響を与え、病気の進行に影響を与えるかを理解することは、その病気の最終的な治療方法を理解するための鍵となります。
これが、ジン氏と、この研究の筆頭著者である博士課程候補者でスクリップス研究所のフランク・J・ディクソン大学院研究員であるシンヘ・ジェン氏とともに、in vivo Perturb-seqと名付けられたこの新しい技術を共同発明した理由である。 この方法では、CRISPR-Cas9 テクノロジーと読み出し単一細胞トランスクリプトーム解析を利用して、細胞に対するその影響を一度に 1 細胞ずつ測定します。 CRISPR-Cas9 を使用すると、科学者は脳の発達中にゲノムに正確な変更を加え、その後、数万の細胞を対象とした単一細胞トランスクリプトーム解析を使用して、それらの変更が個々の細胞にどのような影響を与えるかを詳しく研究できます。
「私たちの新しいシステムは、遺伝的摂動後の個々の細胞の反応を測定できます。つまり、特定の細胞タイプが他の細胞タイプより感受性が高く、特定の突然変異が起こったときに異なる反応を示すかどうかを描くことができるのです」とジン氏は述べた。
これまで、脳組織に遺伝的摂動を導入する方法は非常に時間がかかり、多くの場合数日、場合によっては数週間かかるため、神経発達に関連する遺伝子機能を研究するには次善の条件が生じていました。 しかし、Jin の新しいスクリーニング方法では、生細胞内で摂動因子を 48 時間以内に迅速に発現させることができます。つまり、科学者は、特定の遺伝子がさまざまな種類の細胞でどのように機能するかを非常に短時間ですぐに確認できることになります。
この方法は、以前は不可能だったレベルの拡張性も可能にします。研究チームは、わずか 1 回の実験で 30,000 個を超える細胞のプロファイリングを行うことができ、従来のアプローチより 10 ～ 20 倍高速化されました。 彼らが調べた小脳などの脳領域の多くでは、以前の標識方法では到達できなかった数万個の細胞を収集することができました。
この新しいテクノロジーを使用したパイロット研究で、遺伝子の摂動が異なる細胞型で摂動された場合に異なる効果を引き起こすことを確認したときに、ジン氏と彼女のチームの興味がそそられました。 影響を受けた細胞タイプは特定の疾患や遺伝的変異の作用部位となるため、これは重要です。 「集団の代表性が小さいにもかかわらず、存在量の少ない一部の細胞型は、遺伝的摂動によって他の細胞型よりも強い影響を与える可能性があり、複数の遺伝子にわたって他の細胞型を体系的に観察すると、パターンが見えてきます。 だからこそ、単一細胞の分解能、つまりすべての細胞とそれぞれの動作を研究できることで、体系的な見解が得られるのです」とジン氏は語った。
ジンさんは新しいテクノロジーを手に入れ、それを応用して神経精神医学的状態や、特定の細胞タイプがさまざまな脳領域にどのように対応するかをより深く理解することを計画しています。 今後、この種の技術が体内の他の臓器のさらなる細胞タイプに適用され、組織、発生、老化の観点から幅広い疾患をより深く理解できることに興奮しているとジン氏は述べています。
1716241197
#CRISPR #スクリーニングによりさまざまな細胞タイプにわたる遺伝子機能の研究が拡大および迅速化
2024-05-20 21:30:08