通过对角蛋白（一种标记细胞骨架的蛋白质）进行着色，可以看到人肝导管细胞中骨架的精细结构细节（蓝色）。
汉斯·克莱弗斯（Hans Clevers）小组的研究人员开发了一种新的遗传工具，用于标记人类器官或微型器官中的特定基因。他们使用了这种称为CRISPR-HOT的新方法，来研究肝细胞如何形成皮瓣以及DNA过多的异常细胞如何出现。通过禁用癌症基因TP53，他们显示异常肝细胞的非结构化切除更为频繁，这可能有助于癌症的发展。他们的结果已描述并发表在科学杂志《自然细胞生物学》上。
类器官是可以在实验室中生长的微型器官。这些小器官是从很小的组织中长出来的，这对于各种器官都是可能的。对这些类器官进行遗传改变的能力将极大地帮助研究生物学过程和对疾病进行建模。然而，到目前为止，由于缺乏简单的基因组工程方法，已证明难以产生遗传改变的人类器官。
CRISPR-HOT
几年前，研究人员发现，就像小分子剪刀一样工作的CRISPR / Cas9可以在DNA的特定位置精确切割。这项新技术极大地帮助和简化了基因工程。Delilah Hendriks（ Hubrecht研究所）。这些方法中的一种，称为非同源末端连接，被认为经常犯错，因此直到现在仍不常用来插入新的DNA片段。“由于一些早期的小鼠研究表明可以通过非同源末端连接插入新的DNA片段，因此我们着手在人类器官中进行测试”，Benedetta Artegiani（Hubrecht研究所）说道。然后，Artegiani和Hendriks发现，通过非同源末端连接将任何DNA片段插入人类器官，实际上比迄今使用的另一种方法更有效，更可靠。他们将新方法命名为CRISPR-HOT。
3D类器官中的细胞切除表明健康的（左）类器官表现出有组织的切除（箭头），而其中癌症基因TP53被禁用的类器官（右）表现出混乱的细胞切除（箭头）。
然后研究人员使用CRISPR-HOT将荧光标记物插入人类类器官的DNA中，从而使这些荧光标记物附着在他们想要研究的特定基因上。首先，研究人员标记了肠道中非常罕见的特定类型的细胞：肠内分泌细胞。这些细胞产生激素来调节例如葡萄糖水平，食物摄入和胃排空。因为这些细胞非常稀有，所以很难研究。然而，借助CRISPR-HOT，研究人员可以轻松地将这些细胞“涂成”不同的颜色，之后便可以轻松地对其进行识别和分析。其次，研究人员绘制了源自肝脏中一种特定细胞类型（胆管细胞）的类器官。他们使用CRISPR-HOT可视化了角蛋白，即参与细胞骨架的蛋白质。现在，他们可以以高分辨率查看这些角蛋白的详细信息，研究人员以超结构化的方式发现了它们的组织。当细胞特化或分化时，这些角蛋白也会改变表达。因此，研究人员预计，CRISPR-HOT可用于研究细胞命运和分化。
肝细胞切除异常
在肝脏内，有许多肝细胞含有正常细胞DNA的两倍（甚至更多倍）。目前尚不清楚这些细胞是如何形成的，以及由于这种数量异常的DNA是否能够适应。老年人含有更多的这些异常肝细胞，但尚不清楚它们是否与癌症等疾病有关。Artegiani和Hendriks使用CRISPR-HOT标记了肝细胞类器官中细胞切割机制的特定成分，并研究了细胞切割的过程。Artegiani：“我们看到“正常”的肝细胞非常有序地摆动，总是沿某个方向分裂成两个子细胞。亨德里克斯：“我们还发现了一些切除术，其中形成了异常的肝细胞。我们第一次看到“正常”的肝细胞是如何变成异常的。除此之外，研究人员还研究了肝癌中常见的TP53基因突变对肝细胞异常细胞裂解的影响。如果没有TP53，这些异常的肝细胞就会更频繁地发生粘连。这可能是TP53促进癌症发展的方式之一。
研究人员认为，CRISPR-HOT可应用于多种类型的人类类器官，可视化任何基因或细胞类型，并研究许多与发育和疾病相关的问题。
参考：Benedetta Artegiani，Dellahh Hendriks，Joep Beumer，Rutger Kok，Xuan Zheng，Indi Joore，Susana Chuva de Sousa Lopes，Jeroen van Zon撰写的“使用同源性独立的CRISPR–Cas9精确基因组编辑快速高效地产生敲入式人类器官” ，桑德·坦斯（Sander Tans）和汉斯·克莱斯（Hans Clevers），2020年3月2日，自然细胞生物学。
10.1038 / s41556-020-0472-5
