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全新的CRISPRa基因编辑技术有助于发现在免疫细胞中发挥作用的基因

作者:Magigen

CRISPR基因编辑技术已成为敲除或改变DNA序列、并研究由此产生的影响的强大工具。现在,格拉德斯通研究所和加州大学旧金山分校UCSF的研究人员已经选择了 CRISPR Cas9系统来强制激活人类免疫细胞中的基因,而不是编辑它们。这种被称为CRISPRa,CRISPR activation, 的方法让他们比以前更彻底、更快速地发现在免疫细胞生物学中发挥作用的基因。

这是一个令人兴奋的突破,将加速免疫疗法研究。这些CRISPRa实验创造了一个新的应用前景,用于了解哪些基因对免疫细胞的每个功能起到重要作用。反过来,这将使我们对如何对免疫细胞进行基因改造,使其成为癌症和自身免疫性疾病的治疗方法提供了新的认识。


这项成果发表在《科学》杂志上,这是首次成功地在原代人类细胞中大规模使用 CRISPRa,这些原代细胞是直接从人身上分离出来的细胞。

科学家们激活了不同细胞基因组中的每个基因,并行测试近 20,000 个基因。这使他们能够快速了解哪些基因提供了最强大的杠杆,来重新编程细胞功能的规则,最终可能导致更强大的免疫疗法。

CRISPR Cas9基因组编辑系统通常依赖于通常被描述为“分子剪刀”的Cas9蛋白,在基因组的所需位置切割DNA。

研究人员一般用CRISPR靶向剪刀从各种类型的人类免疫细胞中,包括调节性T 细胞和单核细胞,选择性地去除或敲除基因。

基因敲除非常有助于了解免疫细胞功能的基础知识,但仅敲除可能会错过精确定位一些真正关键的基因。

特别是,敲除一个基因并不能告诉你如果让这个基因更活跃会发生什么。

因此,研究人员转向了 CRISPRa。在 CRISPRa 中,Cas9 蛋白发生了改变,使其不能再切割DNA。相反,科学家们可以将一个激活剂,一个分子“开启”开关,连接到Cas9蛋白,这样当它与一个基因结合时,它就会激活它。或者,他们可以将一个阻遏物,一个“关闭”开关,连接到Cas9蛋白以关闭基因,从而实现类似于典型的敲除方法(称为 CRISPRi 用于 CRISPR 干扰)实现的结果。

T细胞是一种白细胞,是人体免疫的关键介质之一;它们不仅针对入侵的病原体,还指导其他免疫细胞增加或减少它们对入侵者或癌细胞的反应。这种信息传递是通过产生称为细胞因子的信号分子来实现的。不同类型的T细胞产生不同的细胞因子库,不同的细胞因子或细胞因子混合物对免疫反应有不同的影响。

控制 T细胞细胞因子将为在各种不同的疾病环境中重塑整个免疫反应提供新的机会。但研究人员对哪些基因控制哪些细胞因子的确切情况了解并不完整。

在这项新工作中,研究人员使CRISPRa和CRISPRi能够在原代T细胞中高效工作,这是前所未有的。

这种将CRISPRa 或 CRISPRi机器输送到细胞中的效率提高对于实现全基因组实验和加速发现至关重要。

然后,研究小组使用这些方法激活或灭活直接从多名健康志愿者分离的人类 T细胞中的近 20,000 个基因。他们筛选了产生的细胞中细胞因子产生的变化,并集中在数百个充当关键细胞因子调节剂的基因上,其中包括一些以前从未在敲除筛选中发现的基因。

这些研究工作证明了这项技术在人类 T细胞中的精确性和可扩展性,研究人员很快就了解了可以打开哪些基因来调节某些细胞因子水平的规则。

为了治疗某些癌症类型,临床医生越来越多地使用 CAR-T 细胞疗法,其中 T细胞从患者体内取出,在实验室中进行工程改造以靶向癌细胞,然后再注入。提高 T细胞抗癌的能力,例如通过改变其细胞因子的产生,可以使 CAR-T细胞疗法更加强大。

CRISPRa技术基本的分子语言,可以用来设计T细胞,使其具有非常精确的特性。

Marson 的实验室现在正在研究他们筛选出的一些个体基因,并努力进一步利用 CRISPRa 和 CRISPRi 来发现控制人类免疫细胞中其他关键特征的基因。

与 Gladstone-UCSF 基因组免疫学研究所、创新基因组学研究所和 UCSF 生活治疗计划合作,研究团队现在希望使用新指导手册来创建合成基因程序,这些程序可以通过 CRISPR 工程化为下一代细胞免疫疗法可以治疗多种疾病。


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