CRISPR筛选技术在生物医学领域的应用场景

CRISPR筛选技术在生物医学领域的应用场景

CRISPR筛选技术具有灵活可靠和高通量的优点，可以从茫茫人海中挑选出我们想要研究的基因，目前已经成为我们生物医学研究的一个重要手段，越来越多的高分paper里都出现了这个技术。那么CRISPR筛选技术都可以用在什么场景下呢？下面就为大家来梳理一下CRISPR筛选技术的应用范围。

1. 分子和细胞生物学

近年来，CRISPR筛选已经被用于研究许多生物学过程，如转录调节、表观遗传机制、蛋白质生成、细胞信号、增殖和分化等，并且发现了许多新的调节这些生物学过程的基因，如对Hedgehog通路的CRISPR筛选揭示了调节该通路的新的功能基因^[1]。CRISPR筛选还确定了线粒体、溶酶体、蛋白酶体和自噬体等细胞器的调节因子。

图1. Hedgehog-pathway筛选策略^[1]

2. 医学遗传学

CRISPR筛选还可以用来寻找人类疾病相关基因及其遗传变异，特别是那些致病基因中的意义不明确的碱基突变，如BRCA1，其有害突变与乳腺癌风险相关^[2]。CRISPR筛选还可用于对多基因疾病相关基因变异进行分析，包括通过全基因组关联研究（GWAS）和群体基因组测序来筛选风险等位基因等。

图2. BRCA1外显子的饱和基因组编辑筛选^[2]

3. 癌症

CRISPR筛选技术与癌症研究具有很高的契合度，因为在癌症研究中有很多可以用于CRISPR筛选的表型，比如转移、耐药、免疫逃逸、抑制凋亡、代谢重编程、基因组不稳定、血管生成等^[3]。还可以用于寻找难以成药靶点的合成致死基因，如BRCA1/BRCA2突变肿瘤中PARP1抑制的合成致死效应^[4]。同时也具有很多研究模型: 各种器官的癌细胞，类器官和动物模型等。

图3. 可用于CRISPR筛选的表型^[3]

4. 免疫学

研究人员利用CRISPR筛选技术在初级免疫细胞中进行免疫机制筛查，已经鉴定出参与T细胞增殖、激活和抗肿瘤活性的新基因（图4）。在树突状细胞中的筛选鉴定出TLR4信号的调节因子^[6]。在巨噬细胞中的筛选确定了参与炎症体激活和其他炎症途径的基因。CRISPR筛选还确定了参与SARS-CoV-2病毒感染的宿主因素，有助于研究病毒进入和退出宿主细胞以及病毒复制的相关过程^[7]。

图4. 全基因组CRISPR筛选免疫功能调节因子^[5]

总之，在生物医学领域，CRISPR筛选技术具有相当广泛的应用场景。而且目前CRISPR筛选技术已经越来越多地和其他测序组学技术结合起来，比如单细胞测序等，不仅能让研究方向更明了，更能让paper的水平上一个档次。介绍了那么多应用，那么小伙伴们想好自己要怎么使用CRISPR筛选技术了吗？

      参考文献

[1] Breslow, D.K., et al., A CRISPR-based screen for Hedgehog signaling provides insights into ciliary function and ciliopathies. Nat Genet, 2018. 50(3): p. 460-471.

[2] Findlay, G.M., et al., Accurate classification of BRCA1 variants with saturation genome editing. Nature, 2018. 562(7726): p. 217-222.

[3] Chow, R.D. and S. Chen, Cancer CRISPR Screens In Vivo. Trends Cancer, 2018. 4(5): p. 349-358.

[4] Bryant, H.E., et al., Specific killing of BRCA2-deficient tumours with inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerase. Nature, 2007. 447(7142): p. 346-346.

[5] Parnas, O., et al., A Genome-wide CRISPR Screen in Primary Immune Cells to Dissect Regulatory Networks. Cell, 2015. 162(3): p. 675-86.

[6] Baggen, J., et al., Genome-wide CRISPR screening identifies TMEM106B as a proviral host factor for SARS-CoV-2. Nat Genet, 2021. 53(4): p. 435-444.

[7] Shifrut, E., et al., Genome-wide CRISPR Screens in Primary Human T Cells Reveal Key Regulators of Immune Function. Cell, 2018. 175(7): p. 1958-1971 e15.