Nature：新的基因组记录技术使得活细胞能够记录自己的历史

来源：100医药网 2024-07-24 10:20

ENGRAM将各种生物信号或事件与特定的符号条形码相联系，这一创新的记录手段是对先前分子记录技术的重要补充。

如今，科学家已经开发出一种创新方法，能够在活细胞的基因组中记录下瞬息万变的生物事件，这一过程与飞行记录器捕获飞机运行数据的方式相似。

ENGRAM，这个名称源于神经科学领域描述记忆物理基础的专业术语，全称是 Enhancer-Driven Genomic Recording Of Transcriptional Activity In Multiplex ，即增强子驱动的基因组多重转录活动记录系统。

相关研究结果于2024年7月17日在线发表在Nature期刊上，论文标题为 Symbolic recording of signalling and cis-regulatory element activity to DNA 。

Jay Shendure博士指出： 我们的技术，简称ENGRAM，其目标是让细胞自身成为记录其生命历程的 历史学家 。 论文的共同第一作者Wei Chen进一步解释道： ENGRAM将各种生物信号或事件与特定的符号条形码相联系，这一创新的记录手段是对先前分子记录技术的重要补充。 通过在基因组中嵌入生物信号的类型和时间信息，ENGRAM不仅能够追踪信号，还能归档这些信息，如同记录细胞的日记一样。

例如，ENGRAM能够记录开启或关闭基因的指令。这样的记录可能会为内部发生了什么促使它们产生不同类型细胞的过程提供线索。它还可能让人们深入了解细胞如何运作以及细胞的过去如何影响其未来的其他问题。

尽管记录细胞活动的想法由来已久，但是，在同一系统中量化多信号并记录其序列方面，科学家们一直面临着挑战。

几年前，论文共同第一作者Junhong Choi、Shendure 和他们的同事们用一种名为 DNA 打字机（DNA Typewriter）解决了部分难题，实现了在DNA上有序书写多种符号的能力。然而，将这些符号赋予生物学含义仍是一大挑战。

Shendure 说， DNA打字机类似于带有许多符号的键盘。有了 ENGRAM，我们就能使这些符号针对各种感兴趣的生物信号。

在这篇论文中，Shendure 和他的团队描述了符号记录如何跟踪控制邻近基因表达蛋白的非编码 DNA 区域的动作。他们还演示了如何将 ENGRAM和DNA打字机结合起来。他们能够记录数十到数百个此类基因调控元件的细胞类型特异性活动。他们追踪的一些非编码 DNA区域是胚胎发育多个方面背后基因调控网络的一部分。他们追踪到的其他信号介导细胞对应激的反应、对感染的反应和细胞存活。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07706-4

他们还应用ENGRAM对小鼠干细胞聚集成胚胎类器官（embryonic organoids）时进行每日记录，其中胚胎类器官是小鼠产前发育的实验室模型。ENGRAM最终可能有助于回答细胞信号事件的历史如何形成小鼠胚胎的个体特征。

Choi说， 我们受到CRISPR领域新进展的启发，开发出了ENGRAM和DNA 打字机系统，我想这些论文将激励其他人进一步改进基因组记录技术，也许有一天我们能记录下细胞的整个历史。

这些开发 ENGRAM 的论文作者表示，要实现 ENGRAM 和相关基因组记录技术的潜在功能，仍需开展进一步的研究工作。

Shendure 说， 这是一种捕捉生命系统中生物信息的策略。它并不局限于癌症或神经科学等特定领域，希望它在所有领域都能发挥作用。 （100yiyao.com）

参考资料：

Wei Chen et al. . Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07706-4.

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