生物通 | 新技術專欄

快速可逆地編輯表觀基因組的新方法

【字體: 時間:2017年10月11日 來源:生物通

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  斯坦福大學醫學院的Gerald Crabtree領導的研究團隊開發出一種新技術,能夠將內源性的染色質復合物招募至任意的基因組位點,從而快速并可逆地編輯哺乳動物細胞系中的表觀基因組。這項成果發表在《Nature Communications》上。

生物通報道  在表觀基因組學的研究中,人們大多想知道特定的表觀遺傳標記如何控制基因表達,如DNA甲基化或組蛋白修飾。這些標記是通過大型的調控復合物來添加和去除的,而這種調控在人類健康和疾病中發揮廣泛的作用。

許多研究表明,表觀遺傳的調控具有高度的細胞特異性。然而,使用體外染色質模板的現有方法無法反映出這些差異,這就凸顯出開發新技術的必要性。人們希望通過新技術來了解特定細胞類型、特定發育時期中染色質調節因子的功能。

為此,斯坦福大學醫學院的Gerald Crabtree領導的研究團隊開發出一種新技術,能夠將內源性的染色質復合物招募至任意的基因組位點,從而快速并可逆地編輯哺乳動物細胞系中的表觀基因組。這項成果發表在《Nature Communications》上。

在這項研究中,研究人員采用了大熱的CRISPR-Cas9技術。他們讓催化失活的Cas9(dCas9)與所需的基因組位置結合,然后以此為錨定物,間接地結合內源性的染色質調控復合物。

具體是這樣子的:研究人員獲得染色質復合物中的單個亞基,將它與Frb(mTOR的FKBP-雷帕霉素結合結構域)標簽融合。在小分子二聚體雷帕霉素存在的情況下,Frb標簽迅速地與Fkbp(FK506結合蛋白)二聚化,使得MS2 RNA發夾環與dCas9中的sgRNA融合,從而將染色質復合物帶到目標位置。

利用這種稱之為FIRE-Cas9的表觀基因組編輯方法,研究人員將異染色質復合物招募至HEK293細胞以及小鼠胚胎干細胞中不同基因的上游。結果,這些基因組位置上的組蛋白甲基化標記被抑制,兩個基因的mRNA表達減少。

之后,研究人員又添加了FK506,這是RAP的競爭性抑制劑,只與Fkbp結合,阻止它與Frb的二聚化,從而逆轉了復合物的招募。這使得抑制性表觀遺傳標記被消除,而mRNA的表達恢復,證明了這種方法的可逆性。

研究人員認為,這種可誘導的招募策略為模擬表觀遺傳記憶提供了精確的動力學信息,廣泛適用于哺乳動物細胞中染色質的機制研究,特別適合內源性的多亞基調控復合物的分析。(生物通 薄荷)

原文標題

Rapid and reversible epigenome editing by endogenous chromatin regulators

Nat Commun. 2017; 8: 560.

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