WellcomeSanger研究所的研究人员和合作者使用人类干细胞和神经元来研究哪些特征会影响CRISPR激活对不同基因组的作用。他们的研究“人类诱导多能干细胞和神经元中CRISPR激活剂功效的大规模并行表征”发表在《分子细胞》杂志上，旨在解释决定基因对CRISPR激活反应程度的规则，确保未来的研究可以设计为尽可能高效。
CRISPR激活(CRISPRa)是CRISPR基因编辑的一种，用于过度表达某些基因。科学家们表示，尽管这种技术被广泛使用，但预测其针对基因组中某些点时的效率可能具有挑战性，这使得可靠地过度表达某些基因变得困难。
干扰转录的关键工具
“CRISPR激活(CRISPRa)是扰乱转录的重要工具，但其有效性因靶基因而异。我们使用具有数千个随机整合的条形码记者的人类多能干细胞来评估影响CRISPRa功效的表观遗传特征。基础表达水平受到基因组背景的影响，并在分化为神经元的过程中发生显着变化，”研究人员写道。
“dCas9-VPR的基因激活在大多数基因组环境中都是成功的，包括发育抑制区域，并且激活水平与基础基因表达反相关，而dCas9-p300在干细胞中无效。某些染色质状态(例如二价染色质)对dCas9-VPR特别敏感，而组成型异染色质反应较差。我们在内源基因上验证了这些规则，并表明某些基因的激活会引起干细胞转录组的变化，有时会显示出分化细胞的特征。
“我们的数据提供了预测CRISPRa结果的规则，并强调了它在筛选驱动干细胞分化的因素方面的实用性。”
研究人员发现，虽然大多数基因可以被CRISPRa激活，但并非每个细胞的反应程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制调节因子的基因因此免受激活，表现出更大的反应变化。[Shiroonsov/盖蒂图片社]
这项新研究在人类干细胞系基因组的数千个点上整合了一个标记基因，然后用CRISPRa激活该基因，以了解其成功之处。使用的干细胞系分化为神经元，使团队还可以收集不同细胞类型中CRISPRa效率的信息。
该团队发现了影响CRISPRa效率的多个特征，包括表达水平、染色质状态、细胞状态和基因位置。他们发现二价基因是关键的发育调节基因，在同一区域同时具有抑制和激活标记，可以被CRISPRa强力激活。他们还发现，CRISPRa可以达到相同的过表达水平，这是驱动细胞状态发生显着变化并导致细胞分化所必需的。
团队发现了不同的反应
研究小组发现，虽然大多数基因可以被CRISPRa激活，但并非每个细胞的反应程度都相同。例如，含有H3K9me3抑制调节因子的基因因此免受激活，表现出更大的反应变化。
研究人员补充说，这些数据表明CRISPRa通常适用于染色质状态和细胞类型，并强调了影响基因激活程度的因素以及重现效果的难易程度。研究小组指出，了解这些因素对于CRISPRa筛选的设计和分析非常重要，CRISPRa筛选用于寻找与遗传疾病有关的基因。
需要进一步的研究来继续添加这些规则，并看看不同的CRISPRa或CRISPR干扰技术是否有类似的行为。
“我们的研究建立了一个报告干细胞中CRISPR激活有效性的系统，使我们能够更好地了解CRISPRa如何在多种细胞状态下发挥作用，”来自WellcomeSanger的第一作者qianxinWu博士说。“我们还表明，CRISPR基因激活功能强大，足以诱导干细胞分化成其他细胞状态。这表明CRISPRa筛选可用于寻找参与细胞过程的基因或生成更准确的体内细胞类型模型，从而有助于遗传疾病和再生医学的研究。”
“通过系统地研究影响CRISPRa效率的因素，我们创建了一套规则，显示它在哪里最有效或最不有效，并加深了我们对所涉及因素的理解，”资深作者AndrewBassett博士指出。来自威康桑格研究所。
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