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Science:重磅!利用CRISPRi鑒定出細胞生長所需的499個lcnRNA

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摘要:在一項新的研究中研究人員鑒定出個是功能性的并且在理解這些分子如何發揮作用方面取得重大進展
Science:重磅!利用CRISPRi鑒定出細胞生長所需的499個lcnRNA
2016年12月18日/生物谷BIOON/---長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一類神秘的長200多個核苷酸但不會編碼任何蛋白的分子。如今,在一項新的研究中,研究人員鑒定出499個lcnRNA是功能性的,并且在理解這些分子如何發揮作用方面取得重大進展。他們報道,不同于大多數蛋白編碼基因---往往是眾多細胞系所必需的---的是,針對測試的6種細胞系,在鑒定出的lcnRNA中,將近90%的lcnRNA似乎影響僅僅其中的一種細胞系的強勁生長。相關研究結果于2016年12月15日在線發表在Science期刊上,論文標題為“CRISPRi-based genome-scale identification of functional long noncoding RNA loci in human cells”。

論文共同通信作者、美國加州大學舊金山分校神經科學家Daniel Lim說,“lncRNA是一組非常神秘的轉錄本,在大多數細胞中大量地存在。人們并不清楚的是,存在多少數量的lncRNA,而且哪些lncRNA在基礎生物學功能中發揮重要作用。我們吃驚地發現…大多數lncRNA僅在一種細胞類型中發揮功能。”

之前的研究已證實某些lncRNA在細胞功能、發育和疾病中發揮著關鍵性作用。美國哈佛大學lncRNA研究專家John Rinn(未參與這項研究)說,“十年多來,我們已知基因組的大部分經轉錄后產生lncRNA。幾個研究團隊已證實幾十種lncRNA確實是細胞和甚至有機體活力所必需的。”

但是除了這些研究外,人們對lncRNA如何發揮功能知之甚少。論文共同通信作者、加州大學舊金山分校細胞與分子藥理學教授Jonathan Weissman說,“我們并不知道的是,它們如何發揮功能和它們往往在哪些細胞類型中發揮功能。我們并沒有對lcnRNA的生物學重要性獲得良好的認識,而且我們僅有有限的工具來試圖解決這些問題。”

為此,Lim、Weissman和同事們開發出一種CRISPR干擾(CRISPR interference, CRISPRi)平臺,這種平臺靶向7種不同的細胞系---6種轉化的細胞系和一種人誘導性多能干細胞---中的16,401個lncRNA位點。通過利用他們的這種經過修飾的CRISPR技術抑制每個候選lncRNA的表達從而對上千個位點進行篩選之后,他們鑒定出499個位點是強勁的細胞生長所需要的,其中89%的位點似乎僅在一種細胞類型中發揮功能。

Lim說,“這種技術的力量真地是由CRISPRi提供的。我們能夠關閉這些非編碼轉錄本的轉錄。”為了讓CRISPRi篩選平穩地開展,研究人員也為每個位點構建出由10個向導RNA(gRNA)組成的文庫,因而共構建出大約170,000種gRNA。他們將這種文庫命名為CRiNCL(CRISPRi noncoding library, CRISPRi非編碼文庫)。

研究人員寫道,最為令人吃驚的是絕大多數lncRNA基因似乎改變僅一種細胞類型中的細胞生長。Weissman說,“不同于經常在很多不同的細胞類型中發揮至關重要作用的蛋白編碼基因,這些僅在一種細胞中發揮至關重要作用的lncRNA很少會在其他的細胞類型中發揮著重要作用。這提示著lncRNA在給每個細胞賦予它自己的身份中發揮著作用。”

Rinn說,“這項研究是首次在特定的細胞系中對lncRNA進行全基因組篩選。依據這項研究,我們如今能夠作出結論:大多數lncRNA在細胞活力中發揮著重要作用,正如猜測中的那樣。但是如今,可以這么說,一切還得實踐證明。”

他提醒道,仍不清楚的是這些鑒定出的499個lncRNA位點如何可能影響細胞生長。Rinn說,“這項研究格外仔細地控制全基因組篩選存在的多種不足之處。然而,這項研究并不能夠排除是這些lncRNA的轉錄過程發揮重要作用還是最終的RNA產物才是一種功能性分子。”

Rinn補充道,這些發現可能最終對靶向癌癥治療產生影響。他說,“研究人員證實很多lcnRNA位點在細胞增殖中發揮著重要作用。因此,在發生細胞增殖的癌癥等疾病中,這些鑒定出的位點可能代表著一種開發基于RNA的療法的新方法。”(生物谷 Bioon.com)

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CRISPRi-based genome-scale identification of functional long noncoding RNA loci in human cells

S. John Liu, Max A. Horlbeck3,4,5,6,*, Seung Woo Cho9, Harjus S. Birk1,2, Martina Malatesta1,2, Daniel He1,2, Frank J. Attenello1,2, Jacqueline E. Villalta3,4,5,6, Min Y. Cho3,4,5,6, Yuwen Chen3,4,5,6, Mohammad A. Mandegar3, Michael P. Olvera3, Luke A. Gilbert3,4,5,6, Bruce R. Conklin3,7,8, Howard Y. Chang9, Jonathan S. Weissman3,4,5,6,†,‡, Daniel A. Lim

doi:10.1126/science.aah7111

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