《Nature》子刊巧妙運用CRISPRCas9誘導遺傳傷疤

　　每一本生物學教材都指出，細胞是生命的基石。但是直到最近幾年，科學家們才開始了解細胞的多樣性。

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　　RNA測序等技術揭示單個細胞的基因表達，通過類似的表達譜，所有細胞得以被系統地排列。“無論什么時候，當我們用這類技術探索器官或有機體時，我們不僅看到了熟悉的細胞類型，而且總能發現未知和罕見的細胞類型，”Max Delbrück分子醫學中心量化發育生物學研究組組長Jan Philipp Junker博士說。“顯而易見的問題是：這些不同類型的細胞從哪來的？”

　　Junker課題組在《Nature Biotechnology》發表最新文章公布最新技術LINNAEUS，它將幫助研究人員確認細胞類型以及每個細胞的血統。

　　未來，研究人員將利用LINNAEUS實現所有細胞譜系發育樹跟蹤。這項技術基于DNA疤痕，它們就像來自每支細胞譜系的條形碼。

　　在斑馬魚胚胎仍處于單細胞階段時，Junker團隊向其注入CRISPR-Cas9系統。接下來8小時，Cas9反復切割1個斑馬魚細胞肯定不需要的序列，紅色熒光蛋白（RFP）基因；導致胚胎的紅色光輝逐漸消失，基因上形成數千個不同的DNA傷口。

　　“CRISPR總在一個精確位點上切割，但是在下一次細胞分裂發生之前，細胞只有不到15分鐘時間修復傷口，”Junker說。“修補必須迅速完成，所以染色體碎片是粘合在一起的。DNA疤痕長度隨機，它的確切位置也不盡相同。因此，可以通過遺傳疤痕，識別來源于共同祖先的細胞。”

　　單細胞RNA測序有能力根據細胞類型繪制上千個細胞圖譜，DNA疤痕力量更強，它可以顯示細胞之間上百萬種連接。然而，從混亂的數據中重建譜系樹的各種挑戰是顯而易見的。有些疤痕特別容易發生。“如果同樣的疤痕序列產生在心臟和腦兩種不同細胞，人們可能會誤以為他們擁有一個共同祖先，這絕對是危險的，”Junker說。“所以我們必須知道哪些序列不能相信，預先把它們過濾出來。”

　　此外，所有細胞的所有疤痕可能無法一個不漏的被全部檢出。文章作者、生物信息學家Bastiaan Spanjaard說。“所以我們還開發了一種彌補數據間隙以構建譜系樹的方法。”

　　最終的譜系樹由五顏六色的餅圖組成，每個分區都是一個疤，餅圖上的顏色代表它屬于哪種細胞類型。“研究人員可以放大這些非常龐大的數據集，盡可能多地查找他們所需的各種細節。”

　　“例如，有兩種心臟細胞幾乎不可分辨，但譜系樹顯示，它們在極早期就分別

　　向不同分支方向發展了，”Junker說。“接下來我們想知道這些細胞類型位于斑馬魚心臟哪些部位。”

　　這項技術在人類細胞器方面也擁有巨大潛力，最終將幫助我們了解哪些突變對細胞譜系樹造成了永久性損害。