CRISPR、CRISPR screen以及与单细胞测序的结合

CRISPR

首先来介绍一些CRISPR,它首先在大肠杆菌中发现,全称为:Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic  Repeats【成簇的有规律的间隔短回文重复】

结构:

CRISPR结构

1、repeat:short DNA ,20-40bp,Palindromic回文【DNA转录后,回文结构会形成发卡结构】

2、spacer DNA:间隔序列,将repeat间隔开【spacer DNA可以和病毒DNA 完美匹配,特别是噬菌体DNA】

3、cas:CRISPR-associated【与CRISPR相关的基因】

cas蛋白具有解旋酶活性,可以将DNA链解旋,同时具有核酸酶活性,可以切割DNA链】==>>因此,这是细菌的一个免疫系统,通过这种方法,细菌可以抵抗其敌人:噬菌体

CRISPR cas在细菌中的工作原理
工具人:cas,切掉基因

因此:只要知道目标DNA 的序列,把它做成guide RNA,融合到cas蛋白上,就可以特异性的把这段序列切掉。

工具人:cas,插入新的基因

CRISPR screen

接下来,学习一下CRISPR技术的一个应用——CRISPR基因筛选

利用功能缺失的策略进行的高通量遗传筛选,是研究人员快速寻找调控特定表型的重要或关键基因的主要方法。CRISPR基因筛选,可以通过 CRISPR gRNAs 靶向不同细胞中成百上千各异的基因,然后通过实验筛选编辑细胞,gRNA 可以帮助确定哪些基因对于生物学作用机制具有至关重要的作用。然而,这种筛选方法比较适用于回答与细胞生长能力直接相关的问题。

如果我们想研究基因调控和其它复杂的生物控制机制,就要明白多个基因是如何协同工作还有调控调节细胞状态。这就需要针对每个CRISPR靶向基因,分别进行培养,编辑和分析细胞。

这时候可以采用CRISPR + inDrop scRNA-seq

CRISPR上文讲过,他可以在特定位点敲除基因,进而观察细胞其他结果。

inDrop scDNA-seq,之前的一篇文章有讲解。他可以同时(一次实验),测出几千个细胞的转录组水平。

当这两种技术灵魂大互换之后,诞生除了一种新的技术:CROP-seq(CRISPR droplet sequencing,CRISPR液滴测序)

在此,引用一篇通俗易懂的文章,很赞!!!

现在我们发现了一个enhancer,他可能调控了某一个promoter,我们想看看到底是调控了哪个Gene的promoter,我们会怎么做?我们可能会想办法把这个enhancer ko掉,kockdown 或者overexpression,然后测序看看哪个gene的transcript发生了改变。

那么,如果你有了200个enhancer,你该怎么办呢?太麻烦了,有的人就想简单粗暴的一次性解决掉(哈哈,真是符合我的审美)。他们将所有200个enhancer当作target,针对这些target设计sgRNA,然后把他们混在一起,包装成慢病毒的库,一股脑的扔到你的细胞里面去。

听起来很爽,是一种快刀斩乱麻的思路。但是然后呢?我们怎么处理那一盘我们都不知道的转染了什么的细胞?这就到了single cell展现真正的技术的时候了。对于single cell的常规解法是用来分析细胞的异质性,找到linage发展的规律,但是有人说,这不够fancy,single cell还可以有更强大的功能。他们把他拿来做screen。对于我们刚刚一股脑转染的那一盘细胞,如果我们用来做Single Cell RNA-seq,我们就知道了每一个细胞的transcriptom,和control组比较,就知道了每个细胞的transcriptom发生的改变。

那如何知道我们对每个细胞施加的干预是什么呢?每个细胞里转进了几个guide RNA,每个guide是什么呢?很简单,给每一个guide加上一个barcode,然后让guide序列的插入位点接近mRNA的3‘端,根据Drop-seq的测序原理,就可以把连接着guide序列的sgRNA一起测到啦。

作者:致知_5974链接:https://www.jianshu.com/p/3d4de712b1c5

参考:

https://www.bilibili.com/video/BV15x411Z7kf?p=2

https://www.jianshu.com/p/cd402fc588af

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