CRISPR基因切割可能为绘制人类基因组提供新途径

2020-06-01 64基因相关

CRISPR基因切割可能为绘制人类基因组提供新途径。为了寻找对人类基因组进行测序并读取DNA关键变化的新方法,约翰霍普金斯大学医学院的研究人员说,他们已经成功地使用了基因切割工具CRISPR在长的肿瘤基因周围进行了DNA切割,可用于收集序列信息。

CRISPR基因切割可能为绘制人类基因组提供新途径

有关使用人类乳腺癌细胞和组织基因组进行原理验证实验的报告,刊登在2月10日的《自然生物技术》上。

研究人员表示,将CRISPR与可对人类癌症组织的DNA成分进行测序的工具配对,是一项技术,有一天可以实现对患者肿瘤的快速,相对便宜的测序,从而简化针对高度特异性和个性化治疗方法的选择和使用 基因改变。

约翰·霍普金斯大学医学院生物医学工程,分子生物学和遗传学助理教授温斯顿·廷普(Winston Timp)博士说:“对于癌症患者的肿瘤测序,您不一定需要对整个癌症基因组进行测序。” “对特定的遗传感兴趣区域进行深度测序可能非常有用。”

研究背景

在传统的基因组测序中,科学家们必须复制出许多有争议的DNA,随机地将DNA分成若干段,然后通过一台电脑机器将这些断裂的片段输入,这台电脑可以读取由构成DNA的四种“碱基”组成的一系列化合物,这些化合物的字母分别是A、C、G和T,科学家寻找断裂片段的重叠区域,并像屋顶上的瓦片一样将它们组合在一起,形成构成基因的DNA长区域。

研究内容

在他们的实验中,Timp和医学博士/博士生Timothy Gilpatrick能够跳过传统测序中的DNA复制部分,使用CRISPR对从患者乳腺癌肿瘤组织中提取的DNA进行定向切割。

然后,科学家们将所谓的“测序适配器”粘在DNA片段的CRISPR剪断端。接合器起到一种把手的作用,可以引导DNA到达读取序列的小孔或“纳米孔”。

通过将DNA穿过窄孔,测序仪可以根据每个化学代码“字母”通过孔时产生的独特电流,建立DNA字母的读出。

在研究小组重点关注的10个乳腺癌基因中,约翰霍普金斯大学的科学家们能够利用纳米孔测序技术对乳腺癌细胞系和组织样本进行检测,发现一种称为甲基化的DNA改变,在这种改变中,一种称为甲基群的化学物质被添加到影响基因阅读方式的基因周围的DNA中。

研究人员在一个叫做角蛋白19(KRT19)的基因中发现了一个DNA甲基化降低的位置,这个基因在细胞结构和支架中很重要。先前的研究表明KRT19中DNA甲基化的减少与肿瘤的扩散有关。

在他们研究的乳腺癌细胞系中,约翰·霍普金斯团队平均每对碱基产生400个“读”字,这个读“深”字比一些传统测序工具好几百倍。

在活检时采集的人类乳腺癌肿瘤组织样本中,研究小组平均每个区域能产生100个读数。”这当然比我们对细胞系所能做的要少,但我们必须对来自人体组织样本的DNA更加温和,因为它已经被冷冻和解冻了好几次,”Timp说。

除了对DNA甲基化和小突变的研究外,Timp和Gilpatrick还对乳腺癌的常见相关基因BRCA1进行了测序,BRCA1在基因组上跨越了80000个碱基这个基因真的很长,我们能够收集测序结果,这些测序结果一路穿过这个大而复杂的区域,”吉尔帕特里克说。

研究意义

Timp说:“因为我们可以利用这项技术对真的很长的基因进行测序,我们也许能够捕捉到用更传统的测序工具找不到的大量缺失的DNA片段。”。

Timp说,CRISPR技术和纳米孔测序技术的结合不仅可以指导患者的治疗,还可以帮助科学家发现特定于一个等位基因(遗传自父母一方)而非另一个等位基因的新的疾病相关基因改变,CRISPR基因切割可能为绘制人类基因组提供新途径。

Timp和Gilpatrick计划继续改进CRISPR/纳米孔测序技术,并在其他肿瘤类型中测试其能力。

引用

Johns Hopkins Medicine. "CRISPR gene cuts may offer new way to chart human genome." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 February 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200224111330.htm.

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