大多數(shù)DNA并不編碼蛋白質(zhì)，要確定這個(gè)基因組“暗物質(zhì)”在基因調(diào)控過(guò)程中如何，何時(shí)以及何處發(fā)揮作用是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近期來(lái)自杜克大學(xué)的一組研究人員研發(fā)出了一種新工具，通過(guò)CRISPR-Cas9表觀基因組編輯方法提出了一種高通量篩選技術(shù)，識(shí)別出了人類細(xì)胞基因組中的調(diào)控元件。

這一研究成果公布在4月3日的Nature Biotechnology雜志上，文章作者，杜克大學(xué)的Charles Gersbach表示：“事實(shí)證明，大多數(shù)常見(jiàn)的復(fù)雜疾病，如心血管疾病，糖尿病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病中出現(xiàn)的遺傳變異實(shí)際上發(fā)生在基因之間的這一區(qū)域中?，F(xiàn)在找到了可以注釋這些非編碼基因組功能的方法，令人激動(dòng)?！?

來(lái)自紐約大學(xué)的Neville Sanjana（未參與該項(xiàng)研究）認(rèn)為，“非編碼基因組數(shù)量巨大，要識(shí)別出哪些區(qū)域具有關(guān)鍵的蛋白編碼調(diào)控作用十分有挑戰(zhàn)性，這項(xiàng)研究利用CRISPR池篩選技術(shù)（CRISPR pooled screening technology）能幫助我們找出非編碼基因組功能區(qū)域的位置?！?

在這篇文章中，Gersbach等人構(gòu)建了導(dǎo)向RNA的慢病毒文庫(kù)，靶向圍繞兩個(gè)興趣位點(diǎn)：β-珠蛋白和HER2的周?chē)鶧NA數(shù)百兆堿基中的可能調(diào)控元件，然后通過(guò)整合一個(gè)熒光蛋白，構(gòu)建了報(bào)告靶標(biāo)基因激活的細(xì)胞系。

研究人員將兩種形式的Cas9蛋白（dCas9）引入到這一細(xì)胞系中（dCas9具有失活的核酸酶活性）：dCas9抑制形式能召集蛋白，令組蛋白H3中賴氨酸9位置甲基化，從而導(dǎo)致靶序列中的異染色質(zhì)形成和基因抑制；dCas9激活劑形式能結(jié)合到靶向DNA增強(qiáng)子或啟動(dòng)子上，促進(jìn)組蛋白H3上賴氨酸27的乙?；?，導(dǎo)致基因激活。

接下來(lái)，研究人員將低水平導(dǎo)向RNA文庫(kù)轉(zhuǎn)入細(xì)胞系中，確保每個(gè)細(xì)胞中都有一個(gè)導(dǎo)向RNA，之后通過(guò)熒光對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分選，并對(duì)細(xì)胞中的導(dǎo)向RNA進(jìn)行測(cè)序，尤其是哪些具有特別高或者特別低靶基因表達(dá)水平的細(xì)胞。

序列檢測(cè)證實(shí)了之前已知的調(diào)節(jié)元件，也揭示了其它DNA序列的新作用。盡管不是全部序列，但大多數(shù)序列都出現(xiàn)在了激活和抑制物篩選中了。研究人員發(fā)現(xiàn)一些序列似乎在一種細(xì)胞類型的基因調(diào)控中扮演了重要的角色，但對(duì)其它細(xì)胞類型的同樣基因沒(méi)有影響。雖然目前觀察到的基因表達(dá)變化很微妙，但研究人員證實(shí)了個(gè)體DNA序列的調(diào)控作用。

“我們知道一些表觀基因組與基因調(diào)控的變化存在非常重要的關(guān)系，但要將這些觀察轉(zhuǎn)變成對(duì)基因如何被調(diào)控的實(shí)際理解總是很困難的，”文章的另外一位作者Tim Reddy說(shuō)，“我們并不清楚我們觀察到的特定表觀遺傳修飾是否存在是因果關(guān)系，但現(xiàn)在從我們實(shí)驗(yàn)室和其他人的其他工作來(lái)看，表觀基因修飾確實(shí)參與了這些靶基因的調(diào)控?！?

布萊根婦女醫(yī)院的Richard Sherwood（未參與該項(xiàng)研究）則認(rèn)為這種篩選技術(shù)可以幫助研究人員解釋大量的基因組數(shù)據(jù)，譬如ENCODE之類的項(xiàng)目。Sherwood說(shuō)：“工具箱中的工具越多，我們就能分析更多不同的問(wèn)題，這令人感到興奮?！?

目前Reddy，Gersbach及其同事正在努力擴(kuò)展篩選技術(shù)，希望能分析不同的細(xì)胞和組織類型中整個(gè)基因組中的候選調(diào)控元件，他們也計(jì)劃利用這一技術(shù)來(lái)更好地了解一些疾病。

Reddy說(shuō)：“我們知道很多區(qū)域的基因調(diào)控與疾病有關(guān)?，F(xiàn)在我們可以深入探討這些引發(fā)疾病的分子機(jī)制，這些機(jī)制本身可能也是治療的途徑，未來(lái)也有可能有助于更好的指導(dǎo)臨床診斷，并且區(qū)分對(duì)治療產(chǎn)生不同應(yīng)答的患者，以便更好的進(jìn)行臨床治療?！?

文章轉(zhuǎn)自生物探索。