中国科学家首次利用Cas9实现全基因组筛选

  由于缺乏可扩展功能的筛选工具,人类基因组中许多长非编码RNA(lncRNA)的功能仍然未知。2018年11月6日,北京大学生物医学前沿创新中心魏文胜课题组等人,研究利用Cas9剪接位点对人类细胞功能长非编码RNA的全基因组筛选。同时,也广泛的验证了该实验方法的切实可靠性。

  利用CRISPR-Cas9系统在大规模筛选中鉴定基因功能。 最常见的是Cas9通过外显子内产生的移码突变扰乱基因功能。 移码突变仅在靶向蛋白质编码基因时有效,但这些基因仅占人类基因组的2%。 然而,越来越多的证据表明,许多转录本不编码蛋白质,而是起非编码RNA的作用。 其中,具有超过200个核苷酸的lncRNA代表没有明显蛋白质编码潜力的亚组。 随着已鉴定的lncRNA数量的不断增加,人类lncRNA的总数超过蛋白质编码基因的数量。 lncRNAs通过顺式或反式调节基因表达在转录或转录后水平的多种细胞过程中发挥关键作用。 但是,它们中的大多数都没有功能特征。

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真核生物剪接位点的碱基特异性和基因组序列特征

  因为lncRNA通常对RF框架改变不敏感,所以难以以常规方式应用CRISPR-Cas9系统来破坏它们的表达。 我们之前已经开发了一种删除策略,使用pgRNA文库来检测lncRNAs4的功能丧失,但扩大规模是很费力的。 尽管基于RNA干扰或CRISPRi15的筛选证明对于lncRNA的功能鉴定是有效的,但RNAi方法遭受潜在的脱靶效应,并且这两种方法都受到转录物敲低的有效性的限制。

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靶向RPL 18的SD或SA位点的sgRNAs诱导HeLa细胞内含子保留或外显子跳跃的示意图

  在这里,研究人员展示了使用sgRNA靶向剪接位点并实现外显子跳跃或内含子保留的lncRNA功能的全基因组筛选。 在靶向79个核糖体基因的阴性选择筛选中,剪接位点靶向优于常规CRISPR文库。 使用剪接靶向sgRNA的基因组规模库,研究人员进行了覆盖10,996个lncRNA的筛选,并鉴定了230个对于慢性髓性白血病K562细胞的细胞生长必需的。 用相同的文库筛选GM12878类淋巴母细胞和HeLa细胞鉴定了lncRNA必需性的细胞类型特异性差异,这也广泛的验证了我们实验方法的可靠性。