德國MB助力生物科研，單細胞CRISPR篩選發現GWAS位點

全基因組關聯研究(GWASs)已經確定了數千種與多種疾病和性狀相關的人類遺傳變異，其中大多數變異映射到具有未知靶基因和功能的非編碼位點。目前，了解哪些GWAS基因座含有因果變異以及將這些非編碼調節因子映射到靶基因的方法都存在低通量的問題。隨著來自不同祖先個體的新的多祖先GWAS，迫切需要大規模的實驗分析來將GWAS變異與分子機制聯系起來。

近日，研究人員結合生物庫規模的GWAS、大規模并行CRISPR篩選和單細胞測序，發現血液性狀位點非編碼變異的靶基因，并使用單細胞測序(STING-seq)系統靶向和抑制非編碼GWAS位點。相關研究發表在《Science》上，文章標題為：“Discovery of target genes and pathways at GWAS loci by pooled single-cell CRISPR screens”。

基本原理

血液特征是高度多基因的，GWASs已經鑒定出數千個與候選順式調控元件(cre)相關的非編碼位點。通過結合cre沉默CRISPR擾動和單細胞讀數，我們在一次檢測中靶向了數百個GWAS位點，揭示了順式和反式的靶基因。對于選擇調控靶基因的cre，我們進行了直接變異插入。雖然沉默CRE可以識別靶基因，但直接插入變體可以識別對GWAS變體基因表達的影響程度和方向。在靶基因為轉錄因子或microRNA的特定情況下，我們還研究了基因調控網絡在CRE擾動下的改變，以及這些網絡在不同血細胞類型之間的差異。

結果

我們抑制了來自人類紅系祖先精細定位的血液性狀GWAS變異(來自約75萬不同祖先的個體)的候選cre。總共，我們將543個變異(254個位點)定位到候選cre，生成多模態單細胞數據，包括轉錄組、直接CRISPR gRNA捕獲和細胞表面蛋白。

我們確定了134個CREs的cis靶基因(在500 kb內)。在大多數情況下，我們發現靶基因是最近的基因，并且特定的增強子相關生化標記(H3K27ac和可接近的染色質)對CRE功能至關重要。利用同一位點的多重擾動，我們能夠區分連鎖不平衡中的因果變異和非因果變異。對于一個已驗證的cre子集，我們還使用堿基編輯STING-seq (besting -seq)插入了特定的GWAS變體，并量化了GWAS變體對基因表達的影響大小和方向。考慮到我們的轉錄組數據，我們檢查了順式靶點是轉錄因子或microRNA的情況下順式和反式的劑量效應。我們發現反式靶基因也富集于GWAS位點，并在反式基因網絡中鑒定出具有不同生物學功能的基因簇，并在原代人血細胞中表達模式。

結論

在這項工作中，我們大規模研究了非編碼GWAS變異，鑒定了單細胞中的靶基因。這些方法可以幫助解決變異到功能的挑戰，這是翻譯GWAS發現的障礙(例如，具有遺傳基礎的疾病的藥物靶點)，并極大地擴展了我們理解GWAS基因座背后機制的能力。

細胞學研究也是基因研究的基礎，大規模的細胞培養需要對環境污染進行控制。德國MB公司生產的Mycoplasma-off即用型支原體祛除噴霧劑，高效清除包括支原體在內的各類微生物污染。