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Science子刊:利用CRISPR的改进版本揭示促进肺气肿和慢性阻塞性肺病产生的基因
来源:     时间 : 2022-12-01

doi:10.1126/sciadv.abo6566

在一项新的研究中,来自美国波士顿大学和波士顿医学中心的研究人员利用CRISPR的改进版本---CRISPR激活(CRISPRa)和CRISPR干扰(CRISPRi)---了解促进肺气肿和慢性阻塞性肺病(COPD)产生的基因的功能。他们通过关闭促进这些疾病发病机制的基因的表达,发现了它们的功能性结果。相关研究结果发表在2022年7月13日的Science Advances期刊上,论文标题为“CRISPR interference interrogation of COPD GWAS genes reveals the functional significance of desmoplakin in iPSC-derived alveolar epithelial cells”。

利用CRISPRi平台研究COPD GWAS基因概述,图片来自Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abo6566。

这些作者利用CRISPR的改进版本设计了一个系统,在iPS细胞中用CRISPRi关闭一个感兴趣的基因的表达,或用CRISPR激活(CRISPRa)过度表达一个感兴趣的基因。他们在培养皿中培养这些细胞,并使它们分化为驻留在肺部中的细胞。所研究的肺部驻留细胞类型被称为2型肺泡上皮细胞(type 2 alveolar epithelial cell, AT2),是肺泡中的祖细胞---肺泡是肺部发生气体交换的部分,是肺气肿中受损的结构。因此,通过了解全基因组关联研究中发现的基因如何影响AT2细胞,他们可以开始了解这些基因可能对影响这些细胞的疾病(如肺气肿)有什么贡献。

一旦产生AT2细胞,这些作者就使用CRISPRi关闭9个不同的在全基因组关联研究中发现的基因的表达,并对其进行分析,以了解这些细胞如何受到影响,尤其是它们的增殖能力,这是它们在应对肺气肿等损伤时需要做到的。他们注意到,关闭一个特定的基因,即编码桥粒斑蛋白(desmoplakin, DSP)的基因,会导致这些细胞增加增殖,并增加与细胞成熟有关的基因的表达。他们发现,在烟雾暴露前关闭DSP表达的AT2细胞比对照细胞在更大程度上关闭了细胞连接(cell junction)基因的表达。这些细胞在形成新集落方面也比对照细胞更好,这是衡量祖细胞功能的一个指标。他们随后观察了从肺上皮细胞中剔除了DSP的小鼠,与具有正常DSP的对照组小鼠进行比较。他们发现,DSP缺失小鼠的AT2细胞在受伤后更容易增殖,这与针对人类iPS细胞衍生的AT2细胞获得的发现一致。