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Neuron:脑科学研究新篇章——IPSC衍生的神经元与CRISPR筛选技术首次成功结合

文章作者:www.dlhot.com发布时间:2019-11-27浏览次数:1319

脑科学新闻昨天我想分享2019年8月15日《神经元》杂志在线发表的一篇文章描述了由加利福尼亚大学旧金山分校和NIH科学家团队开发的特殊版本的CRISPR技术,它可以系统地改变人类干细胞。衍生神经元的遗传活性,干细胞衍生细胞类型和CRISPR筛选技术的第一次成功组合,可能从根本上改变科学家研究脑疾病的方式。

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,但技术瓶颈的存在阻止了科学家准确理解这些基因如何引起疾病。旧金山加利福尼亚大学神经退行性疾病研究所副教授,CZ生物中心研究员Martin Kampmann博士表示,在此研究之前,该领域存在着限制科学家探索人类神经元的重大局限性。直到最近,科学家还能够获得可用于实验室实验的人类脑细胞,加州大学旧金山分校的神经科学研究所的成员也表示“捐赠自已经接受脑组织治疗的癫痫或脑癌手术患者。“遗体中的神经元有可能获得,但这些样本只能存活几天,无法研究这些短寿命神经元中基因的功能。通常依靠动物模型来研究脑部疾病,而动物模型可能无法捕捉到人类神经生物学的许多细微差别。2006年,京都大学的山中伸弥日本和加州大学旧金山分校的附属研究所发现了一种逆转发育时钟并将成体细胞转化为干细胞的方法。诱导后,干细胞可以转化为体内任何类型的细胞,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。六年后,CRISPR基因编辑系统问世。科学家认为,他们最终拥有操纵人类神经元中基因的工具并确定其对神经系统疾病的影响,但科学家很快发现其中一种CRISPR系统被称为Cas9的酶与iPSC不能很好地混合。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片段时,它会引起毒性并导致细胞死亡。”因此Kampmann决定解决毒性问题,他共同发明了一种名为CRISPRi的工具,它是CRISPR技术的一种改良形式,其中Cas9酶已被灭活。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性。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。在这篇新论文中,Kampmann和他的合作者描述了他们如何将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。这是科学家长期以来无法实现的壮举。通过该系统,研究人员展示了他们的技术如何用于发现可能导致或导致脑部疾病的基因。例如,他们发现一些基因可以延长神经元的寿命,但对间充质干细胞或癌细胞没有类似的影响。他们还发现,增加神经元数量的基因从神经元生长并传输神经信号的信号并确定其分支的频率。但最令人惊讶的发现之一是,当研究人员干扰两个细胞中相同的管家基因时,细胞的反应是激活(或失活)一组不同的基因。这一结果表明管家基因在不同的细胞类型中可能不会以相同的方式起作用,这一观点认为Kampmann和他的实验室都渴望进一步探索,因为这些差异可能在疾病中发挥重要作用。 Kampmann现在正在使用这种技术来研究不同类型的神经元,以试图确定为什么某些疾病仅选择性地影响神经元的子集,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。包括星形胶质细胞和小胶质细胞科学家最近才发现如何从人类iPSC产生这些细胞。但最终目标是将结合CRISPRi和iPSCs的技术转变为一种工具,揭示治疗脑病急需的新疗法。 “这一领域的一个主要挑战是,对于大多数这些疾病,我们应该针对药物开发确切的分子途径仍不清楚,”迈克尔沃德博士说。 Kampmann说:“通过这项技术,我们可以从患有阿尔茨海默病等神经退行性疾病的患者中提取皮肤或血细胞,将它们转化为神经元或其他脑细胞,然后找到对照和这种与疾病相关的细胞缺陷基因。让我们确定有效的治疗目标。“

参考文献:

田瑞林等。基于crispr干扰的人类ipsc源神经元多模遗传筛选平台。

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2019年8月15日《神经元》杂志发表了一篇文章,描述了加利福尼亚大学、旧金山和NIH科学家团队开发的CRISPR技术的一个特殊版本,该系统系统地改变了人类干细胞衍生的神经元的基因活性。干细胞源性细胞类型和CRISPR筛选技术的首次成功结合可能从根本上改变科学家研究大脑疾病的方式。

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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,但技术瓶颈的存在阻止了科学家准确理解这些基因如何引起疾病。旧金山加利福尼亚大学神经退行性疾病研究所副教授,CZ生物中心研究员Martin Kampmann博士表示,在此研究之前,该领域存在着限制科学家探索人类神经元的重大局限性。直到最近,科学家还能够获得可用于实验室实验的人类脑细胞,加州大学旧金山分校的神经科学研究所的成员也表示“捐赠自已经接受脑组织治疗的癫痫或脑癌手术患者。“遗体中的神经元有可能获得,但这些样本只能存活几天,无法研究这些短寿命神经元中基因的功能。通常依靠动物模型来研究脑部疾病,而动物模型可能无法捕捉到人类神经生物学的许多细微差别。2006年,京都大学的山中伸弥日本和加州大学旧金山分校的附属研究所发现了一种逆转发育时钟并将成体细胞转化为干细胞的方法。诱导后,干细胞可以转化为体内任何类型的细胞,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。六年后,CRISPR基因编辑系统问世。科学家认为,他们最终拥有操纵人类神经元中基因的工具并确定其对神经系统疾病的影响,但科学家很快发现其中一种CRISPR系统被称为Cas9的酶与iPSC不能很好地混合。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片段时,它会引起毒性并导致细胞死亡。”因此Kampmann决定解决毒性问题,他共同发明了一种名为CRISPRi的工具,它是CRISPR技术的一种改良形式,其中Cas9酶已被灭活。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性。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。在这篇新论文中,Kampmann和他的合作者描述了他们如何将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。这是科学家长期以来无法实现的壮举。通过该系统,研究人员展示了他们的技术如何用于发现可能导致或导致脑部疾病的基因。例如,他们发现一些基因可以延长神经元的寿命,但对间充质干细胞或癌细胞没有类似的影响。他们还发现,增加神经元数量的基因从神经元生长并传输神经信号的信号并确定其分支的频率。但最令人惊讶的发现之一是,当研究人员干扰两个细胞中相同的管家基因时,细胞的反应是激活(或失活)一组不同的基因。这一结果表明管家基因在不同的细胞类型中可能不会以相同的方式起作用,这一观点认为Kampmann和他的实验室都渴望进一步探索,因为这些差异可能在疾病中发挥重要作用。 Kampmann现在正在使用这种技术来研究不同类型的神经元,以试图确定为什么某些疾病仅选择性地影响神经元的子集,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。包括星形胶质细胞和小胶质细胞科学家最近才发现如何从人类iPSC产生这些细胞。但最终目标是将结合CRISPRi和iPSCs的技术转变为一种工具,揭示治疗脑病急需的新疗法。 “这一领域的一个主要挑战是,对于大多数这些疾病,我们应该针对药物开发确切的分子途径仍不清楚,”迈克尔沃德博士说。 Kampmann说:“通过这项技术,我们可以从患有阿尔茨海默病等神经退行性疾病的患者中提取皮肤或血细胞,将它们转化为神经元或其他脑细胞,然后找到对照和这种与疾病相关的细胞缺陷基因。让我们确定有效的治疗目标。“

参考文献:

Ruilin Tian等。基于CRISPR干扰的人类iPSC衍生神经元多模态基因筛选平台.2019神经元DOI:

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