TAP-seq: новый метод для функциональной геномики на уровне отдельных клеток
Учёные из EMBL и Стэнфордского университета разработали Targeted Perturb-seq (TAP-seq) — новый подход для анализа результатов полногеномных CRISPR–Cas9 скринингов с помощью секвенирования РНК единичных клеток (scRNA-seq). Метод преодолевает ключевые ограничения по чувствительности и стоимости, позволяя изучать функции генов и регуляторных элементов с высокой точностью.
Решение проблем чувствительности и стоимости
- Проблема: Традиционный scRNA-seq для анализа CRISPR–Cas9 скринингов имеет ограниченную способность детектировать низкие уровни и тонкие изменения экспрессии генов. Высокая стоимость метода также ограничивала масштаб экспериментов.
- Решение TAP-seq: Вместо анализа экспрессии всех генов метод фокусируется на предварительно отобранных наборах генов, релевантных для конкретного биологического вопроса. Избирательное усиление транскриптов только этого подмножества генов делает метод гораздо более чувствительным.
- Возможности: TAP-seq позволяет анализировать гены, транскрибирующиеся в очень небольшое количество молекул мРНК, и детектировать изменения всего на одну молекулу мРНК на клетку. Метод позволяет анализировать до 1000 генов в одном эксперименте и стоит до 50 раз дешевле предыдущих протоколов.
Применение для изучения регуляции генов
В первом применении метода учёные использовали CRISPR–Cas9 для инактивации почти 1800 регуляторных участков ДНК (энхансеров) по одному в отдельных клетках. Затем с помощью TAP-seq они проанализировали, как нарушение работы энхансера влияет на экспрессию генов.
- Ключевое преимущество: В отличие от косвенных методов (например, изучения укладки хромосом), TAP-seq позволяет напрямую измерить, активность каких генов изменяется. Это помогает точнее понять правила регуляции генов с помощью энхансеров.
- Цитата Дэниела Шрайвогеля: «С TAP-seq мы можем напрямую измерить, какие гены меняют свою активность. Это позволяет нам открывать правила, описывающие регуляцию генов энхансерами, точнее, чем когда-либо прежде».
Значение и перспективы
TAP-seq позволяет проводить CRISPR–Cas9 скрининги с гораздо более высокой чувствительностью и в большем масштабе, увеличивая объём знаний от эксперимента при снижении стоимости анализа.
- Цитата Ларса Штайнметца: «Таким образом мы можем понять сложную грамматику человеческого генома. Мы можем протестировать тысячи генов в доступном двухдневном эксперименте».
- Доступность: Авторы предоставляют все инструменты для самостоятельного дизайна экспериментов TAP-seq и анализа данных, чтобы сделать метод доступным для научного сообщества.
- Будущее применение: В планируемом проекте группа Штайнметца намерена использовать TAP-seq для анализа того, как генетические варианты влияют на развитие иммунных заболеваний.
Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.