新方法揭示导致脑部疾病的原因

发布时间：2024-06-21 15:07:21 栏目：生活

导读 大脑通常被称为黑匣子——很难窥视其内部并确定任何特定时刻发生的事情。这也是为什么很难理解神经系统疾病背后的分子、细胞和基因之间复杂

大脑通常被称为“黑匣子”——很难窥视其内部并确定任何特定时刻发生的事情。这也是为什么很难理解神经系统疾病背后的分子、细胞和基因之间复杂的相互作用的原因之一。但斯克里普斯研究所开发的一种新 CRISPR 筛选方法有可能发现这些疾病的新治疗靶点和治疗方法。



该方法概述于 2024 年 5 月 20 日发表在《细胞》杂志 上的一项研究中，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。

“我们知道，基因组中的某些遗传变异会使我们对不同疾病易感或有抵抗力，但哪些特定细胞类型会导致疾病?哪些大脑区域容易受到这些细胞的基因组突变的影响?这些都是我们试图解答的问题，”资深作者、斯克里普斯研究所神经科学系助理教授Xin Jin 博士说。“利用这项新技术，我们希望构建一个跨大脑区域、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。”

得益于十多年来在人类遗传学领域的努力，科学家们已经获得了导致一系列人类疾病的大量基因变化，但了解基因如何导致疾病与了解如何治疗疾病本身是截然不同的。每个风险基因都可能影响一种或多种不同的细胞类型。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该疾病的关键。

这就是为什么金与这项研究的第一作者、博士生兼斯克里普斯研究所弗兰克·J·迪克森研究生郑新和共同发明了这项新技术，称为体内Perturb-seq。该方法利用 CRISPR-Cas9 技术和读出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分析仔细研究这些变化如何影响单个细胞——同时对数万个细胞进行分析。

金说：“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类型更容易受到影响，以及在发生特定突变时是否会做出不同的反应。”

以前，将基因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。但金的新筛选方法可以在 48 小时内在活细胞中快速表达扰动剂——这意味着科学家可以在很短的时间内快速看到特定基因在不同类型细胞中如何发挥作用。

该方法还实现了以前不可能实现的可扩展性——研究团队仅在一次实验中就能够分析超过 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(例如小脑)，他们能够收集以前的标记方法无法达到的数万个细胞。

在一项使用这项新技术的试点研究中，金和她的团队发现，基因扰动在不同细胞类型中产生不同的影响，这引起了他们的兴趣。这很重要，因为受影响的细胞类型是特定疾病或遗传变异的作用位点。“尽管某些低丰度细胞类型的群体代表性较小，但它们可能比其他细胞类型受到基因扰动的影响更大，当我们系统地观察多个基因中的其他细胞类型时，我们会看到模式。这就是为什么单细胞分辨率(能够研究每个细胞及其行为)可以为我们提供系统的视角，”金说。

有了这项新技术，金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大脑的不同区域相对应。展望未来，金表示她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。