2020年3月16日訊/
生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自荷蘭胡布勒支研究所等研究機構的研究人員開發出一種新的遺傳工具，用於標記人類類器官中的特定基因。他們使用這種稱為CRISPR-HOT的
遺傳工具來研究肝細胞如何分裂和具有太多DNA的異常肝細胞如何出現。通過讓癌基因TP53失去功能，他們發現異常肝細胞的非結構化分裂更為頻繁，這可能有助於促進癌症產生。相關研究結果近期發表在Nature Cell Biology期刊上，論文標題為「Fast and efficient generation of knock-in human organoids using homology-independent CRISPR–Cas9 precision genome editing」。
圖片來自Nature Cell Biology, 2020, doi:10.1038/s41556-020-0472-5。
類器官是可以在實驗室中培養的微型器官。這些微型器官是從非常小的一塊組織中生長出來的，這對各種器官來說都是可能的。通過遺傳手段改變這些類器官的能力將極大地幫助研究生物學過程和疾病建模。然而，到目前為止，由於缺乏簡單的基因組工程方法，人們已證實難以產生
遺傳改變的人類類器官。
CRISPR-HOT幾年前，科學家們已發現，就像微小分子剪刀一樣發揮作用的CRISPR/Cas9可以精確地切割DNA中的特定位置。這種新技術極大地幫助和簡化了基因工程。論文共同第一作者、胡布勒支研究所的Delilah Hendriks說，「DNA中的較小切口可以激活細胞中的兩種不同的修復機制，這兩種機制可被人們用來迫使細胞在切口部位攝取新的DNA片段。」其中的一種修復機制稱為非同源末端連接（non-homologous end joining），被認為經常犯錯，因此直到現在仍不常用來插入新的DNA片段。論文共同第一作者、胡布勒支研究所的Benedetta Artegiani說，「鑑於早期的一些小鼠研究已表明可以通過非同源末端連接插入新的DNA片段，因此我們著手在人類類器官中測試這一點。」Artegiani和Hendriks隨後發現通過非同源末端連接將任何DNA片段插入人類類器官，實際上比迄今為止使用的另一種稱為同源介導修復（HDR）的修復機制更有效，更穩健。他們將這種新方法命名為CRISPR-HOT。
給細胞塗上不同的螢光顏色這些研究人員隨後使用CRISPR-HOT將螢光標記插入人類類器官的DNA中，從而使得這些螢光標記附著在他們想要研究的特定基因上。首先，他們標記了腸道中非常罕見的特定類型的細胞：腸內分泌細胞（enteroendocrine cell）。這些細胞產生激素來調節血糖水平、食物攝取和胃排空等功能。鑑於這些細胞非常稀有，因此很難研究它們。然而，通過使用CRISPR-HOT，他們可以輕鬆地將這些細胞「塗成」不同的顏色，然後輕鬆地對其進行識別和分析。其次，他們給源自肝臟中特定細胞類型---膽管細胞---的類器官塗上不同的顏色。他們使用CRISPR-HOT可視化觀察了角蛋白（keratin），即參與細胞骨架的蛋白。鑑於他們可以以高解析度查看這些角蛋白的詳細信息，他們以超結構化的方式發現了它們的組裝。當細胞發生特化或分化時，這些角蛋白也會改變表達。因此，他們預計，CRISPR-HOT可能能夠用於研究細胞命運和分化。
肝臟中的異常細胞分裂在肝臟內，有許多肝細胞含有比正常細胞多兩倍（甚至更多倍）的DNA。目前尚不清楚這些細胞是如何形成的，以及它們是否能夠分裂。老年人含有更多的這些異常肝細胞，但尚不清楚它們是否與癌症等疾病有關。 Artegiani和Hendriks使用CRISPR-HOT對肝細胞類器官中細胞分裂複合物的特定成分進行標記，並研究了細胞分裂的過程。Artegiani說，「我們觀察到『正常』的肝細胞非常有序地分裂，總是沿某個方向分裂為兩個子細胞。」Hendriks說，「我們還發現在幾次細胞分裂中，異常肝細胞形成了。我們第一次觀察到『正常』的肝細胞如何轉變為異常肝細胞。」除此之外，他們還研究了
肝癌中常見的TP53基因突變對肝細胞異常細胞分裂的影響。沒有TP53，這些異常的肝細胞的分裂頻率就會更高。這可能是TP53突變促進癌症產生的方式之一。
這些研究人員認為，CRISPR-HOT可應用於多種類型的人類類器官，可以可視化觀察任何基因或細胞類型以及研究許多與發育和疾病相關的問題。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Benedetta Artegiani et al. Fast and efficient generation of knock-in human organoids using homology-independent CRISPR–Cas9 precision genome editing. Nature Cell Biology, 2020, doi:10.1038/s41556-020-0472-5.