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如何借助基因組工具來梳理疾病的因果關(guān)系?
更新時間:2019-05-15   點擊次數(shù):1869次

近日,奧地利科學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究中心(CeMM)的研究人員Christoph Bock在基因組生物學(xué)會議上發(fā)言稱,新的基因組工具組合可以幫助研究人員梳理疾病的因果關(guān)系。

他認為,單細胞RNA-seq和ATAC-seq等方法可以幫助人們深入了解疾病發(fā)展過程中發(fā)生的情況,但它們無法建立因果關(guān)系。Bock指出,目前有四種方法可建立因果關(guān)系。

種方法是生化方法,但他認為這是一種保守的方法。第二種方法依賴孟德爾隨機化(Mendelian randomization),但這種方法需要大量的數(shù)據(jù),而Bock認為有時很難獲得。

Bock本人傾向于使用第三種和第四種方法,也就是分別利用時間序列分析擾動方法來研究因果關(guān)系。時間序列分析依賴格蘭杰因果檢驗(Granger causality)。這種方法很有用,不過限于形式化證明。他認為,基于CRISPR的擾動和單細胞測序能夠大規(guī)模發(fā)現(xiàn)功能證據(jù)。

Bock及其同事就以慢性淋巴細胞白血?。–LL)為疾病模型開展了一項時間序列分析。早前,他們對55名CLL患者的88個樣本開展了ATAC-seq分析,并在《Nature Communications》上發(fā)表了結(jié)果。全基因組染色質(zhì)開放性圖譜顯示了兩個疾病亞型的分離:IGHV未突變的uCLL和IGHV突變的mCLL。

之后,他們在8個不同的時間點評估了7名CLL患者對ibrutinib(Bruton酪氨酸激酶抑制劑)的反應(yīng)。他們采用了ATAC-seq、單細胞RNA-seq以及細胞表型分析的組合,重建了患者接受治療時體內(nèi)發(fā)生的事件順序。

值得一提的是,研究人員發(fā)現(xiàn)多名患者出現(xiàn)了相同的調(diào)控機制。其中,NF-κB的結(jié)合減少,之后是PAX5和IRF4等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控活性下降。不過,他們表示不同患者的時間快慢有差異。這項研究成果于上個月發(fā)表在預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv上。

與此同時,Bock認為借助高通量的CRISPR基因編輯也能夠梳理因果關(guān)系。他和同事將CRISPR-Cas9篩選與單細胞RNA-seq相結(jié)合,開發(fā)出一種稱為CRISPR液滴測序(CROP-seq)的方法。

這種方法綜合了混合篩選(pooled screens)和芯片篩選(arrayed screens)的優(yōu)勢。他指出,CRISPR混合篩選特別適合明顯的表型,但不支持復(fù)雜的分子讀數(shù)。CRISPR芯片篩選支持這樣的讀數(shù),但通量有限。

CROP-seq結(jié)合了四大關(guān)鍵要素:將向?qū)NA作為標簽序列,開展高通量的單細胞RNA-seq檢測,通過計算方法分配單細胞轉(zhuǎn)錄組,以及通過生物信息學(xué)方法來分析和解釋向?qū)NA誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄圖譜。他們隨后在T細胞受體上驗證了這種方法。

在開發(fā)出這個工具之后,Bock表示他們一直在努力改進它。他補充說,CROP-seq可與任何單細胞RNA-seq方法或多組學(xué)分析結(jié)合使用,并且可以擴展到全基因組范圍的分析,應(yīng)用于體外和體內(nèi)篩選。目前已有200多個實驗室嘗試了這種方法。(生物通 薄荷)

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