人类基因组项目是一项雄心勃勃的倡议，旨在对每个人类DNA进行测序。该项目吸引了来自世界各地研究机构的合作者，包括麻省理工学院的Whitehea
人类基因组项目是一项雄心勃勃的倡议，旨在对每个人类DNA进行测序。该项目吸引了来自世界各地研究机构的合作者，包括麻省理工学院的怀特黑德生物医学研究所，并最终于2003年完成。现在，在二十年后，麻省理工学院教授乔纳森·韦斯曼（Jonathan Weissman）和同事已经超越了第一个全面的综合性。报道说，在人类细胞中表达的基因的功能图。该项目的数据于6月9日在线发布，将每个基因与其在细胞中的工作联系起来，是单细胞测序方法的多年协作的高潮。
数据可供其他科学家使用。韦斯曼说：“这是人类基因组是一个很大的资源，因为您可以进入并进行基于发现的研究。”研究所。 “您没有提前定义您要查看的生物学，而是拥有这张基因型 – 表型关系的地图，您可以进入并筛选数据库而无需进行任何实验。”
屏幕使研究人员能够深入研究各种生物学问题。他们用它来探索具有未知功能的基因的细胞效应，研究线粒体对压力的反应，并筛选导致染色体丢失或获得的基因，这种表型在过去很难研究。 “我认为，这个数据集将实现各种分析，这些分析甚至还没有从生物学的其他部分来看，突然之间，他们只是可以使用这种分析。”诺曼（Norman），论文的共同副作用。
该项目利用了扰动式方法，该方法使遵循前所未有的深度打开或关闭基因的影响成为可能。该方法于2016年首次由魏斯曼（Weissman）和麻省理工学院（MIT）教授Aviv Regev等研究人员发表，但只能用于一小部分基因和巨额费用。
韦斯曼实验室中的MD-PHD学生，本文的第一作者Joseph Replogle的基础工作使大量的witturb-seq地图成为可能。 Replogle与诺曼（Norman）合作，后者现在在纪念斯隆·凯特林（Sloan Kettering）癌症中心领导实验室；普林斯顿大学分子生物学系的助理教授布里特·亚当森（Britt Adamson）；和一个10倍基因组学的组，着手创建一个可以扩展的新版本的wisturb-seq。研究人员于2020年发表了自然生物技术的概念验证论文。
GIRTURB-SEQ方法使用CRISPR-CAS9基因组编辑将遗传变化引入细胞中，然后使用单细胞RNA测序来捕获有关给定遗传变化产生的RNA的信息。由于RNA控制了细胞的行为方式的所有方面，因此该方法可以帮助解码遗传变化的许多细胞效应。由于他们的初始概念证明论文，Weissman，Regev和其他人在较小的尺度上使用了这种测序方法。例如，研究人员在2021年使用wisturb-seq探索了人类和病毒基因在与常见疱疹病毒HCMV感染过程中如何相互作用。
在新的研究中，包括魏斯曼实验室的研究生兼论文的联合第一作者鲁本·桑德斯（Reuben Saunders）在内的Replogle和合作者将方法扩展到了整个基因组。使用人类血液癌细胞系以及源自视网膜的非癌细胞，他在超过250万个细胞中进行了witturb-seq，并使用数据构建了将基因型绑定到表型的全面地图。
研究数据
完成屏幕后，研究人员决定将新数据集使用并检查一些生物学问题。汤姆·诺曼（Tom Norman）说：“ worturb-seq的优点是，它使您可以以公正的方式获得一个大数据集。” “没有人完全知道您可以从这种数据集中获得什么限制。现在，问题是，您实际如何处理？”
第一个最明显的应用是研究具有未知功能的基因。由于屏幕还读取了许多已知基因的表型，因此研究人员可以使用数据将未知基因与已知基因进行比较，并寻找相似的转录结果，这可以表明该基因产物作为较大复合物的突变。一个称为C7ORF26的基因尤其突出。研究人员注意到，去除导致类似表型的基因是一种称为综合子的蛋白质复合物的一部分，该蛋白质复合物在创建小核RNA中发挥了作用。集成剂复合物由许多较小的亚基组成 – 先前的研究表明了14种单独的蛋白质 – 研究人员能够确认C7ORF26MADE 26made是该复合物的A15组件。
他们还发现，这15个亚基在较小的模块中共同起作用，以在集成器复合物中执行特定功能。桑德斯说：“没有这种情况的千英尺高的看法，尚不清楚这些不同的模块在功能上如此独特。”
另一个倍率seq的好处是，由于该测定的重点是单细胞，因此研究人员可以使用数据来查看更复杂的表型，这些表型与其他细胞的数据一起研究时会变得混乱。魏斯曼说：“我们经常将所有’基因X’击倒并平均在一起的细胞，以查看它们的变化。” “但是有时候，当您击倒一个基因时，失去相同基因的不同细胞会以不同的方式行为，并且这种行为可能会因平均值而错过。”
研究人员发现，去除的基因的一部分导致从细胞到细胞的不同结果是导致染色体隔离的原因。它们的去除是导致细胞失去染色体或捡起额外的染色体，这种疾病称为非整倍性。魏斯曼说：“您无法预测失去该基因的转录反应是因为它取决于您获得或丢失的染色体的次要作用。” “我们意识到，我们可以将其扭转，并创建这种复合表型，以寻找获得和丢失的染色体的签名。通过这种方式，我们为DNA正确分离所需的因素进行了第一个全基因组屏幕。”“我认为迄今为止该数据是该数据最有趣的应用，” Norman说。 “它捕获了您只能使用单细胞读数才能获得的表型。您不能采取其他任何方式。”
研究人员还使用其数据集研究线粒体如何应对压力。线粒体从自由生物细菌中演变出来，其基因组中有13个基因。在核DNA中，约有1,000个基因与线粒体功能有关。 “人们对核和线粒体DNA如何在不同的细胞条件下进行协调和调节，尤其是在细胞受到压力的情况下，人们一直对核和线粒体DNA的调节感兴趣。”
研究人员发现，当他们扰动不同的线粒体相关基因时，核基因组对许多不同的遗传变化的反应类似。但是，线粒体基因组反应的变化要多得多。
“仍然有一个公开的问题，说线粒体为什么仍然有自己的DNA，”塞鲁格说。“我们的工作中的一个很大的收获是，有一个单独的线粒体基因组的好处可能是对不同的压力源进行局部或非常具体的遗传调节。”魏斯曼说：“以另一种方式，线粒体可能会有所不同。”
将来，研究人员希望除了开始使用的癌细胞系以外的不同类型的细胞上使用witturb-seq。他们还希望继续探索其基因功能图，并希望其他人也这样做。诺曼说：“这确实是作者和其他合作者多年工作的最终，我很高兴看到它继续成功和扩展。”
在麻省理工学院新闻的允许下重新发布。阅读原始文章。
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