2021年1月5日,Nature CellBiology期刊在线发表了题为《通过内源性启动子驱动的sgRNA监测低丰度转录本和lncRNAs的表达》的研究论文,该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室杨辉研究组和周海波研究组合作完成。
该研究通过内源基因的启动子驱动sgRNA(single-guide RNAs)表达,结合SPH-OminiCMV(CRISPR-activator Suntag-P65-HSF1 and OminiCMV-mCherry)荧光报告系统,成功实现低丰度基因和lncRNAs(Long non-coding RNAs)基因表达的动态示踪。
在活细胞中实时监测内源基因活性对于研究基因的生物学功能并调控其表达水平至关重要。近年来越来越多证据表明,lncRNAs通过调控某些重要编码基因的表达,不仅参与了脑发育、神经元分化、突触可塑性的发生发展,而且参与神经系统损伤之后的修复过程。深入研究lncRNAs,将为治疗神经系统疾病提供新思路。但是受现有标记技术的限制,对其功能注释极具挑战性。
杨辉研究组和周海波研究组合作开发了一种广谱的内源性转录门控开关Ents(Endogenous Transcription-Gated Switch),利用内源性启动子表达sgRNA前体,之后sgRNA前体上的tRNA序列可以被内源的自剪切机制识别并且切割,进而释放出能够执行功能的sgRNA,当Ents与高度敏感的CRISPR激活相关的报告系统SPH-OminiCMV结合,可以监测到内源基因的表达。
该研究创新开发了由内源性启动子驱动的高度可编程的sgRNA门控开关Ents,此系统理论上可以处理任何转录本的信息。研究人员将Ents与SPH-OminiCMV结合使用,在小鼠胚胎干细胞水平上实现了对低丰度基因和lncRNA的可视化监测及其动态变化的监测。
该研究为在活细胞中研究基因元件的功能开辟了新途径,在动物个体水平可用于描绘基因表达的时空图谱和标记、鉴定特定的细胞类群,同时可用于研究天使综合症等疾病中lncRNA的表达模式,构建lncRNA体内表达完整图谱。