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Cell发布基本基因的功能格局！人类细胞存活所需的5000多个基因的功能怀特黑德研究所、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的一组科学家使用一种新颖的、集合的、基于图像的筛选方法，系统地评估了5000多个人类基本基因的功能。他们的分析利用CRISPR/Cas9敲除基因活性，形成了一种前所未有的资源，可以通过空间和时间分辨率了解和可视化细胞过程中广泛的基因功能。该团队的研究结果发表在《细胞》杂志上，涵盖了超过3100万个单个细胞，包括数百个不同参数的定量数据，使预测基因如何工作和共同运作成为可能。 “在我的整个职业生涯中，我一直想知道当一个重要基因的功能被消除时，细胞会发生什么，”该研究的资深作者、怀特黑德研究所Iain Cheeseman说。“现在，我们可以做到这一点，不仅仅是针对一个基因，而是针对与人类细胞在培养皿中分裂有关的每一个基因，这是非常强大的。我们创造的资源不仅会让我们自己的实验室受益，也会让世界各地的实验室受益。” 基本必需基因控制着细胞生存所需的基本功能(转录、mRNA剪接、翻译、囊泡运输、DNA复制、细胞分裂等)。系统地破坏这些基因的功能并不是一个新概念，但传统的方法受到各种因素的限制，包括成本、可行性和完全消除必要基因活性的能力。 Cheeseman和同事们与其他团队合作，确定并实现了这一雄心勃勃的共同目标。Broad的研究人员开创了一种新的基因筛选技术，它结合了两种方法：使用CRISPR/Cas9的大规模、集合的基因筛选，以及对细胞成像来揭示定量和定性的差异。此外，与其他方法相比，这种方法是便宜的，并使用市面上的设备进行实践。 Blainey说:“我们很自豪地展示了细胞过程的难以置信的分辨率，这是与怀特黑德研究所Iain实验室合作的低成本成像分析。很明显，这只是我们方法的冰山一角。基于更详细的表型读数将遗传扰动联系起来的能力是迫切需要的，现在可以在许多研究领域向前发展。” Cheeseman补充说:“联合细胞生物筛选的能力从根本上改变了游戏规则。你有两个相邻的细胞，所以你对它们是否相同进行统计上显著计算的能力要高得多，你可以辨别非常小的差异。” Cheeseman、Blainey、主要作者Luke Funk和Kuan-Chung Su以及他们的同事评估了人类细胞系中5072个基本基因的功能。他们分析了屏幕上细胞的四种标记:DNA;DNA损伤反应，一种检测并对受损DNA做出反应的关键细胞途径;还有两个重要的结构蛋白，肌动蛋白和微管蛋白。除了最初的筛选，科学家们还对参与细胞分裂(也称为“有丝分裂”)的约200个基因进行了小规模的后续筛选。这些基因在最初的筛选中被鉴定出在有丝分裂中起着明确的作用，但此前没有发现它们与有丝分裂过程有关。这些数据通过一个名为Vesuvius的配套网站提供，为其他科学家研究他们感兴趣的基因功能提供了资源。 “我们从这些细胞中收集了大量信息。例如，对于细胞核来说，不仅要看它的染色有多明亮，还要看它有多大，有多圆，边缘是光滑的还是凹凸不平的?”“计算机真的可以提取大量的空间信息。” 从这些丰富的多维数据中，科学家们的工作为屏幕上分析的每个基因提供了一种细胞生物学“指纹”。利用复杂的计算聚类策略，研究人员可以将这些指纹相互比较，并构建基因之间潜在的调节关系。由于该团队的数据证实了多个已知的关系，因此可以用来对功能和/或与其他基因的相互作用未知的基因进行自信的预测。 研究人员的筛选数据中出现了许多值得注意的发现，包括一个与离子通道有关的惊人发现。AQP7和ATP1A1这两个基因在有丝分裂中起作用，特别是在染色体的适当分离中。这些基因编码的膜结合蛋白运输离子进出细胞。“在我研究有丝分裂的这么多年里，我从没想过离子通道会参与其中，”Cheeseman说。 他补充说:“我们真的只是从我们的数据中挖掘出的皮毛。我们希望其他许多人不仅能从这一资源中受益，而且能在此基础上发展。” 这项工作得到了美国国立卫生研究院、戈登和贝蒂·摩尔基金会、国防科学与工程研究生奖学金和自然科学与工程研究委员会奖学金的支持。 原文标题：The phenotypic landscape of essential human genes |
