张锋新文：识别基因功能的强大工具——Perturb-Seq

　　

哈佛大学、麻省理工学院和哈佛大学的科学家们开发了一种技术，可以同时研究活生物体中许多不同细胞类型中不同基因的功能。他们应用大规模的方法研究了几十个与自闭症谱系障碍相关的基因，确定了发育中的小鼠大脑中的特定细胞类型如何受到突变的影响。

发表在《Science》杂志上的“扰动测序（Perturb-Seq）”方法是识别自闭症谱系障碍潜在生物学机制的有效方法，这是开发复杂疾病治疗方法的重要第一步。这种方法也广泛适用于其他器官，使科学家能够更好地了解各种疾病和正常过程。

“多年来，基因研究已经确定了许多与自闭症谱系障碍相关的危险基因。哈佛大学干细胞和再生生物学教授Paola Arlotta说。“该领域的挑战是在了解基因是什么、了解基因如何实际影响细胞和最终行为之间建立联系。我们首次将Perturb-Seq技术应用于一个完整的发育中的有机体，显示了在规模上测量基因功能以更好地理解复杂疾病的潜力。”

这项研究还由联合通讯作者还有Broad研究所的核心成员、Genentech研究与早期发展的执行副总裁Aviv Regev和Broad研究所的核心成员、麻省理工学院麦戈文研究所的研究员张锋。

研究人员将两种强大的基因功能结合起来，进行大规模的基因功能研究。他们使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术，对35个与自闭症谱系障碍风险相关的基因进行精确的改变。然后，他们利用单细胞RNA测序分析了发育中小鼠大脑的变化，这使他们能够观察到40000多个单个细胞中基因表达的变化。

通过观察单个细胞的水平，研究人员可以比较风险基因如何影响大脑皮层的不同细胞类型。皮层是大脑中负责复杂功能（包括认知和感觉）的部分。他们分析了风险基因的网络，以找出共同的影响。

“我们发现神经元和神经胶质细胞都直接受到不同类型的这些危险基因的影响，”该研究的主要作者、哈佛大学研究员协会的初级研究员Xin Jin说。“基因和分子本身并不能产生认知能力，它们需要影响大脑中特定的细胞类型才能做到这一点。我们有兴趣了解这些不同的细胞类型是如何导致这种紊乱的。”

为了了解这个模型与人类疾病的潜在关联，研究人员将他们的结果与死后人类大脑的数据进行了比较。总的来说，他们发现在患有自闭症谱系障碍的死后人类大脑中，一些表达改变的关键基因在扰动序列数据中也受到影响。

“过去一次只制作一个模型来测试单个基因的功能受到时间和精力的限制。现在，我们已经展示了以可扩展的方式研究发育中有机体中基因功能的潜力，这是了解导致自闭症谱系障碍和其他复杂精神疾病的机制，并最终开发出这些毁灭性疾病的治疗方法的令人兴奋的第一步，”Arlotta说。“我们的工作还为Perturb-Seq应用于大脑以外的器官铺平了道路，使科学家能够更好地了解不同组织类型的发育或功能，以及病理状况。”

“通过基因组测序工作，已经鉴定出大量基因，这些基因一旦发生突变，就会与人类疾病有关。传统上，理解这些基因的作用需要对每个基因进行深入研究。通过开发用于体内应用的Perturb-Seq，我们可以开始以更有效的方式在动物模型中筛选所有这些基因，使我们能够从机理上理解这些基因突变是如何导致疾病的，”张峰总结说。

原文检索：In vivo Perturb-Seq reveals neuronal and glial abnormalities associated with autism risk genes

（生物通：伍松）