crisp_bio

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｜CRISPR

[背　景]
　空間生物学生物システムは本質的に空間的に組織化されており、細胞間相互作用や分子プロセスは特定の空間コンテキスト内で発生します。空間生物学（spatial biology：右図参照）分野における先進的なツールの中でも、空間トランスクリプトミクスは単一細胞解像度でのトランスクリプトーム全体のプロファイリングを可能にし、これまでに、組織構造、空間的に埋め込まれた遺伝子発現パターン、細胞群集、および細胞間相互作用の研究を可能にしています。しかしながら、遺伝子発現と空間表現型への機能的影響との間の因果関係、およびこれらのプロセスを駆動する制御経路を確立するためのツールは、依然としてほとんど開発されていません。
　空間トランスクリプトミクス技術と並行して、CRISPR-Cas9 GEをベースにしたスクリーン技術により機能ゲノミクスに革命がもたらされました。遺伝子摂動を細胞増殖、生存率、マーカー遺伝子発現などの特定の表現型に直接紐づけることが可能になりました。さらに、プール型CRISPRスクリーンの読み出しにシングルセルRNAシーケンス（scRNA-seq）を利用することで、Perturb-seqやCROP-seqなどのプラットフォームに代表されるように、摂動を受けた単一細胞でのトランスクリプトーム全体の遺伝子発現プロファイリングが可能になりました。
　こうしてプール型CRISPRスクリーンを空間トランスクリプトミクスと組み合わせることで、空間における機能表現型に関連する遺伝子を特定し、その根底にある制御経路を解明するアプローチの可能性が広がりました。
　これまでに、空間プロテオミクスイメージングを利用して、局所的に拡大した特定の摂動内のマーカータンパク質に基づいて免疫浸潤表現型を特徴付ける取り組みが行われてきました。最近では、イメージングベースの方法を使用して sgRNA ライブラリの空間分解検出が検討されており[＃1-5] 、sgRNA とトランスクリプトーム検出を統合した将来の空間分解 CRISPR スクリーニングへの道が開かれてきました。[＃6,7] 
[成　果]
　北京大学、精華大学、BGI Researchと関連研究機関の研究チームは今回、空間 CRISPR スクリーニング シーケンシング"SPAC-seq（spatial CRISPR screen sequencing）"を開発し、統計的空間摂動解析ツールキット"TARDIS（target prioritization toolkit for perturbation data in spatial omics）"と組み合わせて、単一細胞解像度の空間トランスクリプトーム解析を介して空間分解能を備えた機能ゲノミクスを実現しました。SPAC-seqによって、全トランスクリプトーム・プロファイルとともに空間分解能の高いsgRNAを捕捉し、TARDISによって、空間分解能の高い表現型データから摂動（sgRNA）の標的を優先順位付けることができます。
[注] SPAC-seqとTARDISのワークフローの概要を、それぞれFigure 1の一部とFigure 2の一部から以下の２つの図に引用しました。なお、著者らがTARDISのチュートリアルを用意しています
Uncovering spatially resolved functional genomics Fig. 1Uncovering spatially resolved functional genomics Fig. 2
　研究チームは、SPAC-seqとTARDISを用いて、遺伝子摂動と空間表現型および制御経路を関連付け、腫瘍細胞における Icam1 の欠損が免疫抑制とマクロファージの分極化を介して転移を促進する仕組みを明らかにしました。CD8+ T細胞では、マクロファージ上の Spp1 と相互作用することで、Cd44 が空間表現型を制御する役割を担っていることを明らかにしました。また、転写因子-ケモカイン受容体軸が細胞状態と走化性を連結するモデルも実証しました。
[注] ツールの概要から成果まで凝縮したグラフィカルアブストラクトを以下に引用しました。
Uncovering spatially resolved functional genomics GA
SPAC-seqとTARDISによって、多様な生物学的・疾患的状況における、
空間機能ゲノミクスと制御経路の研究が促進されます。
　 [＃] 引用crisp_bio記事
  1. 2023-12-31/2024-11-16 CRISPRmap：CRISPRスクリーンと空間マルチオミックスの融合；Mapping multimodal phenotypes to perturbations in cells and tissue with CRISPRmap
  2. 2025-07-26 細胞内の空間的な複雑性を捉える光学的プール型スクリーニングの進歩 [1] PerturbView を用いた初代細胞および組織における多重画像プール型スクリーニング；Multiplexed, image-based pooled screens in primary cells and tissues with PerturbView
  3. 2025-03-19 CRISPRスクリーニングと空間トランスクリプトミクスの同時実行により, 細胞内と細胞間の機能的転写回路が明らかになるPerturb-FISH；Simultaneous CRISPR screening and spatial transcriptomics reveal intracellular, intercellular, and functional transcriptional circuits
  4. 2025-09-25 Perturb-Multimodal: イメージングとシーケンシングを組み合わせたプール型遺伝子スクリーニングのためのプラットフォーム；Perturb-Multimodal: A platform for pooled genetic screens with imaging and sequencing in intact mammalian tissue
  5. 2025-10-06 シーケンシングを介さずに細胞・組織内のRNAを網羅的かつ単一分子分解能で観察可能とする新たな空間トランスクリプトミクス技術RAEFISH. Sequencing-free whole-genome spatial transcriptomics at single-molecule resolution
  6. 2024-12-13/2025-05-11 Perturb-DBiT: 空間分解能を備えた生体内CRISPRスクリーン・シーケンシング；Spatially Resolved Panoramic in vivo CRISPR Screen via Perturb-DBiT. 
  7. 2026-03-03/03-11 Spatial Perturb-Seqは, 組織を損傷することなく単一細胞における機能ゲノミクスを可能にする；Spatial perturb-seq: single-cell functional genomics within intact tissue architecture.
[出典] "Uncovering spatially resolved functional genomics with CRISPR screen sequencing" Haorui Zhang (1,14), Zongxu Zhang (2,14), Peiyu Wang (1,2,14) [..] Yu Feng (8,9), Deng Pan (10,11), Zexian Zeng (1,2,12,13,15,16). Cell 2026-05-26. https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.049
  1. Peking-Tsinghua Center for Life Sciences, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University, Beijing 100084, China
  2. Center for Quantitative Biology, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University, Beijing 100084, China
  3. BGI Research, Hangzhou 310030, China
  4. Tsinghua-Peking Center for Life Sciences, School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  5. Department of Gastroenterological Surgery, Peking University People's Hospital, Beijing 100084, China
  6. State Key Laboratory of Molecular Oncology, National Cancer Center, National Clinical Research Center for Cancer, Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China
  7. Beijing Advanced Center of Cellular Homeostasis and Aging-Related Diseases, Institute of Advanced Clinical Medicine, Peking University, Beijing 100871, China
  8. State Key Laboratory of Genome and Multi-omics Technologies, BGI Research, Shenzhen 518083, China
  9. BGI Collaborative Center for Future Medicine, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
  10. School of Basic Medical Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  11. Tsinghua-Peking Center for Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  12. 12Peking University Chengdu Academy for Advanced Interdisciplinary Biotechnologies, Chengdu 610213, Sichuan, China
  13. 13Present address: No.5 Yiheyuan Road, Haidian District, Beijing 100871, P.R. China
  14. 14These authors contributed equally
  15. 15Senior author
  16. 16Lead contact
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