【Cell】新研究揭示人类5000多个必需基因表型图谱！

单细胞CRISPR筛选代表了一种新兴的工具，可用于生成丰富的基因型-表现型图谱。但目前单细胞CRISPR筛选研究仅限于预先选择的基因，研究重点也是预先确定的生物学问题。

表型综合图谱

 01 

不久前，美国加州大学旧金山分校与纪念斯隆·凯特琳癌症中心等单位的研究人团队利用一种紧凑的、多路CRISPR干扰文库（CRISPRi），结合单细胞转录组测序、Perturb-seq技术等分析了数千个功能缺失的基因扰动在不同细胞类型中的作用，揭示了细胞表型、基因功能和调控网络的多维信息，绘制了第一个全面的人类细胞基因型-表型综合图谱。

单细胞技术的发展也使在单细胞层面读取表观遗传学、转录组学、蛋白质组学和成像信息等成为可能，同时单细胞维度的研究也可以深入分析选择性遗传扰动影响的具体细胞类型和细胞状态。因此，单细胞CRISPR筛选可以同时分析单细胞的遗传干扰和高维表型，从而将正向遗传学的基因与反向遗传学丰富的表型相结合。虽然单细胞CRISPR筛选技术前景广阔，但其应用仅限于最多几百个基因扰动研究，并且这些基因扰动研究也通常被用来解决预先确定的生物学问题。目前，高通量、无偏颇的单细胞CRISPR筛选研究仍然缺失。

三分之一必需基因

 02 

在哺乳动物基因组中，大约三分之一的基因是生命所必需的。在之前的研究中，来自美国贝勒医学院等多个机构的研究人员描述了这些基因的大规模发现，以及它将如何影响对哺乳动物发育和人类疾病的理解。

这项研究是由国际小鼠表型分析联盟（International Mouse Phenotyping Consortium, IMPC）开展的。参与的研究人员来自代表着全世界30多个研究机构的8个表型分析中心。IMPC对小鼠基因组中的所有蛋白编码基因进行敲除突变，并且对这些基因敲除突变进行表型分析---评估它们的形态性和生理学特征---以便构建一种小鼠基因目录，该目录记载着每个基因发挥什么功能。IMPC旨在发现与人类存在同源关系的大约2万个基因的新功能，以及构建所有可获得的小鼠品系以便提供一种平台对人类疾病机制进行分析。

这项研究报道了IMPC描述的首批1751个基因的结果，包括发现它们当中将近三分之一的基因是生命所必需的。这包括410种是完全致死性的小鼠品系，和另外的198种鉴定出小于预期突变体数量一半的小鼠品系。

筛选出5000多个

 03 

在一项最新的研究中，来自美国怀特海德研究所和布罗德研究所的研究人员利用一种新颖的、集合的、基于成像的筛选方法系统性地评估了5000多个人类必需基因的功能。

他们的分析利用CRISPR/Cas9来敲除基因活性，并形成了一种首创的资源，能够通过空间和时间分辨率了解和可视化观察基因在一系列细胞过程中的空间和时间分辨率。他们的研究涵盖了超过3100万个细胞，包括数百个不同参数的定量数据从而能够预测基因如何工作和共同运作。相关研究结果近日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“The phenotypic landscape of essential human genes”。

从这些丰富的多维数据中，这些研究工作为筛选中分析的每个必需基因提供了一种细胞生物学“指纹”。利用复杂的计算聚类策略，他们可以将这些指纹相互比较，并构建必需基因之间的潜在调节关系。由于他们的数据证实了多种人们已经知道的关系，它可以被用来自信地对那些功能未知的和/或与其他基因的相互作用未知的基因进行预测。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

Replogle et al., Mapping information-rich genotype-phenotype landscapes with genome-scale Perturb-seq, Cell （2022）.

Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.10.017

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。