Новый метод Perturb-FISH добавляет пространственное измерение к CRISPR-скринингу

Ученые из Spatial Technology Platform в Broad Institute of MIT and Harvard разработали технологию Perturb-FISH, которая объединяет CRISPR-скрининг с пространственной транскриптомикой. Метод позволяет одновременно определять, какие гены отредактированы в клетке, как изменилась экспрессия других генов и где расположены эти клетки в ткани. Работа опубликована в журнале Cell.

Решение проблемы пространственного контекста

Ранее методы вроде Perturb-seq комбинировали CRISPR-скрининг с одноклеточным RNA-секвенированием, но теряли информацию о расположении клеток. Другие методы, например optical pooled screening, не фиксировали изменения в транскриптоме.

Perturb-FISH решает эту проблему, объединяя два ключевых достижения:

  1. Вычислительные методы, разработанные соавтором Брайаном Клири.
  2. Новую стратегию амплификации сигнала от отдельных молекул (как guide RNA, так и транскриптов), разработанную первым автором Лоиком Бинаном. Это позволило детектировать короткие guide RNA на фоне флуоресценции.

Метод сочетает эту амплификацию с технологией пространственной транскриптомики MERFISH, раскрывая и идентичность CRISPR-вмешательства, и транскриптом клетки в их пространственном контексте.

Демонстрация возможностей метода

Исследователи продемонстрировали работу Perturb-FISH на нескольких моделях:

  1. Регуляция иммунного ответа: Измерение эффектов 35 генов, регулирующих ответ иммунных клеток на стимуляцию. Результаты совпали с данными Perturb-seq.
  2. Межклеточные сети: Метод показал, что плотность клеток может изменять эффекты генетических пертурбаций, а непертурбированные клетки могут подвергаться влиянию со стороны соседних редактированных клеток.
  3. Гены аутизма: Используя CRISPR-ингибирование для "приглушения" генов, связанных с аутизмом, в астроцитах человека, ученые наблюдали изменения в кальциевой активности и экспрессии генов.
  4. Опухолевая среда: В ксенографтной модели, разработанной в Broad Cancer Program, после пертурбации генов пути NF-kB в опухолевых клетках человека метод выявил генетические взаимодействия между опухолевыми клетками и реагирующими иммунными клетками в модели животного.

Будущее технологии

Команда платформы работает над усовершенствованием Perturb-FISH:

  • Повышение доступности, например, за счет модификации метода для работы на одном приборе для визуализации.
  • Увеличение количества генов, которые можно исследовать в одном эксперименте (сейчас ограничено ~500).

"Разработав это в Spatial Technology Platform, мы можем превратить типично академический проект в метод, пригодный для широкого использования", — отметил соавтор Сами Фархи.

Вместе с другими недавно представленными методами Perturb-FISH представляет шаг вперед в области пространственных технологий, расширяя экспериментальные возможности для ученых.