《Cell》新的CRISPR筛选方法揭示神经系统疾病的细胞驱动因素

　　

2024年5月20日斯克里普斯研究所            

大脑通常被称为“黑盒子”——一个很难窥视内部并确定在任何给定时刻发生的事情的盒子。这就是为什么很难理解神经系统疾病背后分子、细胞和基因之间复杂的相互作用的部分原因。但斯克里普斯研究公司开发的一种新的CRISPR筛选方法有可能为这些疾病发现新的治疗靶点和治疗方法。

2024年5月20日发表在《细胞》(Cell)杂志上的一项研究概述了这种方法，它提供了一种以前所未有的规模快速检查与关键发育基因相关的脑细胞类型的方法，有助于揭示不同神经系统疾病的遗传和细胞驱动因素。

由于十多年来在人类遗传学方面的努力，科学家们已经能够获得导致一系列人类疾病的基因变化的长清单，但知道基因如何引起疾病与知道如何治疗疾病本身是非常不同的。每个风险基因都可能影响一种或几种不同的细胞类型。了解这些细胞类型——甚至单个细胞——如何影响基因并影响疾病进展，是了解如何最终治疗这种疾病的关键。

斯克里普斯研究所神经科学系助理教授Xin Jin和该研究的第一作者、博士候选人Xinhe Zheng共同发明了新技术，命名为体内扰动测序（in vivo Perturb-seq）。该方法利用CRISPR-Cas9技术和读数，单细胞转录组分析，来测量其对细胞的影响:一次一个细胞。利用CRISPR-Cas9，科学家们可以在大脑发育过程中对基因组进行精确的改变，然后使用单细胞转录组学分析来仔细研究这些变化是如何影响单个细胞的——同时对数千个细胞进行分析。

Jin说:“我们知道基因组中的某些突变可以使我们对不同的疾病变得脆弱或有弹性，但是哪种特定的细胞类型是疾病背后的原因呢?哪些大脑区域容易受到这些细胞基因组突变的影响?这些都是我们试图回答的问题。有了这项新技术，我们希望建立一个跨大脑区域、跨细胞类型、跨疾病发展时间的更动态的图像，并真正开始了解疾病是如何发生的，以及如何设计干预措施。我们的新系统可以测量基因扰动后单个细胞的反应，这意味着我们可以描绘出某些细胞类型是否比其他细胞更容易受到影响，并且在特定突变发生时反应不同。”

以前，将遗传扰动引入脑组织的方法非常缓慢，通常需要几天甚至几周的时间，这为研究与神经发育相关的基因功能创造了次优条件。但是Jin的新筛选方法允许在48小时内在活细胞中快速表达扰动因子，这意味着科学家可以在很短的时间内快速看到特定基因如何在不同类型的细胞中起作用。

该方法还实现了以前不可能实现的可扩展性，研究团队能够在一次实验中分析超过30,000个细胞，比传统方法快10-20倍。在他们检查的许多大脑区域，如小脑，他们能够收集到成千上万的细胞，这是以前的标记方法无法达到的。

在一项使用这项新技术的初步研究中，Jin和她的团队发现基因扰动在不同的细胞类型中会引起不同的影响，这激起了他们的兴趣。这很重要，因为那些受影响的细胞类型是特定疾病或遗传变异的作用位点。“尽管它们的种群代表较小，但一些低丰度的细胞类型可能比其他细胞类型受到遗传扰动的影响更大，当我们系统地观察多个基因中的其他细胞类型时，我们看到了模式。这就是为什么单细胞分辨率——能够研究每个细胞以及每个细胞的行为——可以为我们提供一个系统的观点，”Jin说。

有了她的新技术，Jin计划将其应用于更好地了解神经精神疾病以及某些细胞类型如何与不同的大脑区域相对应。展望未来，Jin很高兴看到这种技术应用于身体其他器官的其他细胞类型，以更好地了解组织、发育和衰老方面的各种疾病。