Cell：上海科技大学池天团队绘制世界首张小鼠“扰动图谱”

2022年7月22日，上海科技大学生命学院池天课题组在 Cell 期刊在线发表了题为：Large-scale multiplexed mosaic CRISPR perturbation in the whole organism 的研究论文，报道了一种崭新的小鼠基因打靶技术——iMAP（inducible Mosaic Animal for Perturbation），快速鉴定了90个基因在39种组织的基本功能，构建了世界首张小鼠“扰动图谱”。

早在2001年，国际人类基因组计划就公布了人类基因组序列。但目前为止，约2万个哺乳动物蛋白编码基因在500多种细胞中的功能仍鲜为人知。

要解码这些基因的细胞特异性功能，必须将其分别在各种细胞中敲除（扰动）再鉴定其细胞表型，即描绘 “扰动图谱”。但用传统的基因打靶方法，无法快速有效地描绘扰动图谱，成为功能基因组学领域久攻不下的瓶颈。

池天课题组里程碑式的成果为突破上述瓶颈、系统性解码全部基因在各种细胞中的功能，迈出了关键一步。

iMAP融合了Cre-loxP和CRISPR-Cas9技术，其核心组成部分是一个转基因序列，它由U6启动子和下游一串gRNA表达单位构成。转基因通常只表达第⼀个sgRNA，而利用药物（他莫昔芬）激活Cre，导致转基因重组，可使其余的sgRNA也得以表达，但每个细胞只随机表达其中⼀个。这些sgRNA可在Cas9的帮助下敲除相应的靶基因，从而将小鼠转化为嵌合体。利用这种嵌合体，可同时鉴定多个基因分别在多种细胞里的功能，也可衍生出多种传统的单基因敲除品系用于后续实验（图1）。

图1：iMAP原理

研究团队首先构建了一个iMAP品系，它携带61个gRNA 表达单位，共靶向6个功能已知的标志基因。该品系证明了iMAP的鲁棒性，包括展示转基因起码能稳定传13代。随后构建的iMAP品系携带100个gRNA表达单位，靶向90个功能不甚清晰的基因，以此构建了一个微型扰动图谱，揭示了这90个基因分别在39个组织/细胞中对细胞存活、扩增、分化的影响。

图2：微型扰动图谱。展示100个sgRNA分别在39个组织/细胞类型中的丰度

研究团队还进一步通过简单的配繁，从iMAP鼠衍生出多个传统的单基因敲除品系，证明了iMAP 的另一重要用途。

上海科技大学生命学院池天课题组2016级博士刘波（已毕业）、2018级博士生荆征宇、2019级博士生张校铭、2014级博士陈玉鑫（已毕业）、2015级博士毛少帅（已毕业）为论文共同第一作者，池天教授为通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。本工作得到孙建龙、林照博、黄行许实验室的帮助。

池天课题组简介：池天博士，上海科技大学正教授，耶鲁大学免疫生物系客座教授。聚焦基因技术的研发及其在免疫相关疾病（肿瘤、自身免疫病）的应用（Nature Comms, 2020a,b；EMBO 2020a,b；Cancer Letters 2021）。最近发表了突破性的基因解码技术iMAP，能快速有效地进行小鼠体内CRISPR筛选（Cell 2022）。拟利用iMAP，挖掘重大疾病的关键治疗靶点，发现老药的重要新用途。

池天课题组急需认真热情具有团队协作精神的各级科研人员（研究员、博后、科研助理）加盟，熟悉肿瘤免疫/分子克隆/细胞培养/生物信息学/小鼠模型者优先。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.039