特殊CRISPR允许干细胞衍生神经元的基因编辑

旧金山加州大学旧金山分校和美国国立卫生研究院的一组科学家首先获得了另一项CRISPR，这可能从根本上改变科学家研究脑疾病的方式。

在发表在《神经元》杂志上的论文中，研究人员描述了一种技术，该技术使用由UCSF开发的CRISPR的特殊版本来系统地改变由干细胞产生的人神经元中基因的活性，这是干细胞衍生细胞类型的首次成功合并和CRISPR筛选技术。

尽管已知突变和其他遗传变异会增加许多神经系统疾病的风险，但技术瓶颈阻碍了科学家努力确切地了解这些基因如何引起疾病的努力。

加州大学旧金山分校神经退行性疾病研究所副教授，CZ Biohub研究者，该书的共同作者，马丁·坎普曼博士说：“在这项研究之前，存在重大限制，限制了科学家在实验室中对人神经元的处理能力。”新的研究。

一方面，直到最近，科学家还没有办法可靠地获得可用于高级实验室实验的人脑细胞，同样也是加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所成员的坎普曼解释说。“接受过包括切除脑组织以治疗癫痫或脑癌的手术的患者可能会捐赠神经元。但是这些样本只能存活几天。您无法在短时间内进行实验以探究基因功能，活的神经元。”

取而代之的是，科学家们通常依赖于脑疾病的动物模型，这种动物模型可能无法捕捉人类神经生物学的许多细微差别。

2006年取得了突破，当时京都大学医学博士，山中伸弥博士和UCSF附属的Gladstone研究所发现了一种倒转发育时钟并将成年细胞转化为干细胞的方法，这种方法可以通过一些哄骗的方式转化为干细胞。体内发现的细胞类型-包括神经元。这些“诱导多能干细胞”(iPSC)使人脑细胞可广泛用于实验室研究。

六年后，当CRISPR基因编辑系统问世时，科学家们认为他们终于拥有了操纵人类神经元基因并确定它们如何导致神经系统疾病所需的所有工具。

但是科学家很快发现，CRISPR系统的DNA切割机制(一种称为Cas9的酶)不能与iPSC很好地混合。坎普曼说：“干细胞具有非常活跃的DNA损伤反应。当Cas9仅产生一个或两个DNA切割时，就会导致毒性，导致细胞死亡。”

因此，坎普曼决定解决毒性问题。作为加州大学旧金山分校教授乔纳森·韦斯曼(Jonathan Weissman)实验室的博士后，坎普曼(Kampmann)共同发明了一种名为CRISPRi(用于“干扰”)的工具，该工具是CRISPR技术的一种改进形式，其中的Cas9酶已被灭活。当CRISPRi找到其寻找的基因时，它会抑制其活性而不进行任何切割。因此，坎普曼预测，与标准的CRISPR-Cas9不同，CRISPRi对iPSC或干细胞衍生的神经元无毒。

在新论文中，坎普曼及其合作者描述了他们如何使CRISPRi应用于人类iPSC和iPSC衍生的神经元，并发现它可以靶向并干扰基因而不会杀死细胞-这是科学家们长期以来一直未曾实现的壮举。

研究人员使用该系统演示了如何使用他们的技术来发现可能导致或导致脑部疾病的基因。例如，他们确定了特异性延长神经元寿命但对iPSC或癌细胞没有可比作用的基因。他们还发现了增加神经突数量的基因-神经元投射并传递神经信号-并确定它们分支的频率。

但是，最令人惊讶的发现之一是发现“看家”基因(已知是生存所必需的，但被认为在所有细胞中执行相同的功能)实际上在神经元和干细胞中的行为不同。当研究人员在这两种细胞类型中干扰相同的看家基因时，细胞会通过激活(或失活)大量不同的基因来做出反应。该结果表明，与公认的观点相反，看家基因在不同的细胞类型中可能无法以相同的方式起作用，这是Kampmann和他的实验室渴望进一步探索的想法，因为这些差异可能在疾病中起重要作用。