神经元中的Tweaked CRISPR提供了探测脑部疾病的新能力

加州大学旧金山分校和美国国立卫生研究院的科学家团队首先实现了另一个CRISPR，这可能从根本上改变了科学家研究脑部疾病的方式。

在8月15日发表在Neuron杂志上的一篇论文中，研究人员描述了一种技术，该技术使用在UCSF开发的特殊版本的CRISPR来系统地改变干细胞产生的人类神经元中基因的活性，这是干细胞衍生的第一次成功合并。细胞类型和CRISPR筛选技术。

虽然已知突变和其他遗传变异与许多神经系统疾病的风险增加有关，但技术瓶颈阻碍了科学家努力了解这些基因究竟是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研究员兼联合资深作者Martin Kampmann博士说：“在这项研究之前，存在着限制科学家们可以对实验室人类神经元做些什么的重大限制。”新的研究。

一方面，直到最近，科学家才无法可靠地获得可用于高级实验室实验的人脑细胞，Kampmann解释说，他也是加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。“有可能让那些接受过脑组织切除治疗癫痫或脑癌的患者捐献神经元。但这些样本只能存活几天。你不能进行实验来探测基因功能。活着的神经元。“

相反，科学家通常依赖于脑疾病的动物模型，这种模型无法捕捉到人类神经生物学的许多细微差别。

2006年京都大学和加州大学旧金山分校附属格拉德斯通研究所的医学博士Shinya Yamanaka发现了一种突破发育时钟并将成体细胞转化为干细胞的方法，这种方法可以通过一些哄骗转化为任何干细胞。在体内发现的细胞类型 - 包括神经元。这些“诱导多能干细胞”(iPSCs)使人脑细胞广泛用于实验室研究。

当CRISPR基因编辑系统六年后到来时，科学家们认为他们最终拥有操纵人类神经元基因所需的所有工具，并确定它们如何促成神经系统疾病。

但科学家们很快发现，CRISPR系统的DNA切割机制，一种叫做Cas9的酶，与iPSCs混合不好。“干细胞具有非常活跃的DNA损伤反应。当Cas9产生甚至只有一到两次DNA切割时，它会导致毒性导致细胞死亡，”Kampmann说。

因此，坎普曼决定解决毒性问题。作为加州大学旧金山分校实验室博士后教授Jonathan Weissman博士，Kampmann共同发明了一种名为CRISPRi(用于“干扰”)的工具，这是一种修饰形式的CRISPR技术，其中Cas9酶已经失活。当CRISPRi找到它正在寻找的基因时，它会在不进行任何切割的情况下抑制其活动。因此，与标准CRISPR-Cas9不同，Kampmann预测，CRISPRi不应对iPSC或干细胞衍生的神经元有毒。

在新论文中，Kampmann及其合作者描述了他们如何将CRISPRi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 - 这一长期以来一直困扰着科学家。

利用该系统，研究人员展示了他们的技术如何用于寻找可能导致或导致脑部疾病的基因。例如，他们鉴定了特异性延长神经元寿命的基因，但对iPSC或癌细胞没有可比较的影响。他们还发现了增加神经突数量的基因 - 从神经元生长并传递神经信号的投射 - 并确定它们分支的频率。

但最令人惊讶的发现之一是发现“管家”基因 - 已知对生存至关重要，但被认为在所有细胞中发挥相同作用 - 实际上在神经元和干细胞中表现不同。当研究人员在这两种细胞类型中干扰相同的管家基因时，细胞通过激活(或灭活)一组完全不同的基因来应对。这一结果表明，与接受的智慧相反，管家基因在不同的细胞类型中可能不会以相同的方式运作，这是坎普曼和他的实验室渴望进一步探索的一个想法，因为这些差异可能在疾病中起重要作用。

Kampmann现在正在使用该技术研究不同类型的神经元，以确定为什么某些疾病选择性地影响一部分神经元，例如运动神经元在ALS中被选择性损伤的方式。他还将研究扩展到其他类型的脑细胞 - 包括称为星形胶质细胞和小胶质细胞的细胞 - 科学家们最近才发现它们是如何从人类iPSC中产生的。

但最终，目标是将这种将CRISPRi和iPSCs结合起来的技术转变为一种工具，可以揭示治疗脑疾病急需的新治疗方法。

“该领域面临的一大挑战是，对于大多数这些疾病，我们应该针对药物开发确定的精确分子途径仍不清楚，”新研究的共同资深作者，医学博士，医学博士Michael Ward说。美国国立卫生研究院的医生科学家。

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