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科技日報(bào)記者 王春

7月22日，上海科技大學(xué)生命學(xué)院池天課題組在《細(xì)胞》（Cell）雜志在線發(fā)表論文，報(bào)道了一種嶄新的小鼠基因打靶技術(shù)iMAP，快速鑒定了90個(gè)基因在39種組織的基本功能，構(gòu)建了世界首張小鼠微型“擾動(dòng)圖譜”。

早在2001年，國際人類基因組計(jì)劃就公布了人類基因組序列。但目前為止，約兩萬個(gè)哺乳動(dòng)物蛋白編碼基因在500多種細(xì)胞中的功能仍不為人知，這嚴(yán)重妨礙了疾病的診斷和治療。要系統(tǒng)性地解碼全部基因在全部細(xì)胞中的功能，必須將其分別在各種細(xì)胞中敲除（擾動(dòng)）再鑒定其細(xì)胞表型，即描繪完整的“擾動(dòng)圖譜”。這個(gè)圖譜的完成，將成為生物醫(yī)學(xué)研究的分水嶺：此后，要探索任何基因的基本功能，將會(huì)像查找基因序列一樣簡單。但用傳統(tǒng)的基因打靶方法，無法快速有效地描繪擾動(dòng)圖譜，成為功能基因組學(xué)領(lǐng)域久攻不下的瓶頸。池天課題組里程碑式的成果為描繪完整擾動(dòng)圖譜邁出了第一步。

“人類基因組早被測序，但其功能至今深藏不露，這嚴(yán)重妨礙了疾病診治。21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)的重要任務(wù)是解碼人類基因組這部神秘天書?！背靥煺f。

iMAP誕生的背后是一場長達(dá)八年、歷經(jīng)六屆學(xué)生前赴后繼努力的科學(xué)馬拉松。2014年，池天還在耶魯大學(xué)，當(dāng)時(shí)CRISPR基因編輯技術(shù)已問世，而池天又熟悉Cre-loxP。他突發(fā)奇想，試圖融合這兩種技術(shù)，但同事并不看好,“有人直呼瘋狂，大多心存疑慮。”池天回憶，“這也不奇怪，因?yàn)閕MAP太新了，沒有主流技術(shù)可以直接對標(biāo)?！?/p>

iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技術(shù)，其核心組成部分是一個(gè)轉(zhuǎn)基因序列，它由U6啟動(dòng)子和下游一串gRNA表達(dá)單位構(gòu)成。轉(zhuǎn)基因通常只表達(dá)第?個(gè)sgRNA，而利用藥物（他莫昔芬）激活Cre，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因重組，可使其余的sgRNA也得以表達(dá)，但每個(gè)細(xì)胞只隨機(jī)表達(dá)其中?個(gè)。這些sgRNA可在Cas9的幫助下敲除相應(yīng)的靶基因，從而將小鼠轉(zhuǎn)化為嵌合體。這種嵌合體可立即用于描繪擾動(dòng)圖譜，也可迅速、廉價(jià)地繁育出多種傳統(tǒng)的單基因敲除品系。該品系不但可用于特定靶基因的后續(xù)深入研究，更可用于個(gè)體水平的表型篩選，從而與嵌合體優(yōu)勢互補(bǔ)，共同加速基因解碼。

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iMAP原理。上?？萍即髮W(xué)供圖

研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一個(gè)iMAP品系，它攜帶61個(gè)gRNA表達(dá)單位，共靶向6個(gè)功能已知的標(biāo)志基因。該品系證明了iMAP的魯棒性，包括展示轉(zhuǎn)基因起碼能穩(wěn)定傳13代。隨后構(gòu)建的iMAP品系攜帶100個(gè)gRNA表達(dá)單位，靶向90個(gè)功能不甚清晰的基因，以此構(gòu)建了一個(gè)微型擾動(dòng)圖譜，揭示了這90個(gè)基因分別在39個(gè)組織/細(xì)胞中對細(xì)胞存活、擴(kuò)增、分化的影響。

不但如此，研究團(tuán)隊(duì)還證明，一個(gè)iMAP品系的確可以衍生出多個(gè)傳統(tǒng)的單基因敲除品系。

關(guān)鍵詞： 上海科技大學(xué)