染色质打开或者关闭的变化，控制着细胞中的基因表达过程，与人类的各种特征和疾病有关，特别是癌症、染色质相关罕见病。美国纽约大学Neville E. Sanjana研究组利用单细胞CRISPR筛选技术解析染色质可及性，在Nature Biotechnology上近期发表了题为“Profiling the genetic determinants of chromatin accessibility with scalable single-cell CRISPR screens”的文章。在人类骨髓性白血病细胞中，研究人员将CRISPR–sciATAC应用于105个染色质相关基因，从而产生约3万个单细胞的染色质可及性数据。依据这些数据，将染色质相关基因与染色质可及性以及转录因子结合位点的变化实现关联分析，揭示了癌症中染色质可及性的分子调控机制。
文章发表在Nature Biotechnology
主要研究
文中的CRISPR-SciATAC技术，是利用人类细胞和老鼠细胞的混合物创造了一个标记/识别过程，使他们能够分裂和编码细胞核，并捕获gRNA。本研究使用了一种创新研发的易于纯化的转座酶，并优化了关键步骤，捕获gRNA和基因组片段的同时，保持了每个细胞核膜的完整性。
在CRISPR-SciATAC的试验中，首先设计了一个相对较小规模的CRISPR文库，挑选了乳腺癌、结肠癌、肺癌和脑癌中常见突变的21个染色质修饰基因，这些基因包括多个肿瘤抑制因子，它们的缺失可导致染色质可及性发生全局性的变化。
针对100多个与染色质相关基因开发的“染色质图谱”，描绘了这些基因序列被编辑后基因组的变化。图谱显示，17个染色质重塑复合物中的不同亚基缺失后，染色质可及性受到了不同方向和不同程度的影响。对转录因子结合位点的影响，体现在富含AT的结合域1A（ARID1A）基因编辑发生后，ARID1A是卵巢癌等常见突变基因，是BAF复合体的成员。
发生转录时，DNA将核小体复合物松开，核小体间距发生扩展。在CRISPR编辑后，发现了与细胞增殖有关的特定转录因子结合位点发生变化。当CRISPR编辑发生于不同的染色质修饰酶基因时，影响了相同基因位点的变化，位点经历了核小体间距的扩展，显示在核小体动态运动图中。
结语
CRISPR-sciATAC是一种高通量单细胞技术，可用于研究正常状态和疾病状态下基因编辑对染色质的影响。利用CRISPR对所有染色质相关的基因同时进行基因编辑，可以全面了解特定染色质修饰酶和复合物如何改变染色质可及性并协调控制基因表达的相互作用。
参考文献：