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Developing an in vivo single-cell CRISPR platform to elucidate gene function in complex tissues

Applicant Yamahachi Homare
Number 196762
Funding scheme Spark
Research institution
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.12.2020 - 30.11.2021
Approved amount 100'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Molecular Biology
Experimental Cancer Research

Keywords (5)

head and neck squamous cell carcinoma; tissue formation; CRISPR screening; in vivo functional genomics; single-cell RNA sequencing

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Spark Projekt werden wir eine neue Technik etablieren, um die Rolle von Genen in parallel in allen Zelltypen eines Gewebes zu studieren.
Lay summary
Alle Zellen enthalten ihre genetische Information in Genen. Es ist die Wechselwirkung zwischen der Genaktivität einer einzelnen Zelle und seiner Umgebung, die zusammen die Funktion eines Gewebes bestimmen. 

Derzeit stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, um die Wirkung von Genen auf die Zellfunktion zu untersuchen. Sie sind jedoch sehr teuer, beschränken sich auf die Untersuchung einer kleinen Anzahl von Genen und sind bisher nur in In-vitro-Studien angewendet worden.

In diesem Projekt werde ich die Rolle von 500 Genen parallel in der Haut der Maus untersuchen indem ich die als CRISPR/Cas9 bekannten Genschere anwende. Durch molekulare Markierung jeder einzelnen Zelle kann ich dann die Auswirkung jedes einzelnen Genes auf die Funktion der verschiedenen epidermalen Zelltypen studieren.

Diese neue Technologie wird es uns ermöglichen, die Funktion von Hunderten von Genen gleichzeitig in verschiedensten Gewebezelltypen eines lebenden Organismus zu verstehen.
Direct link to Lay Summary Last update: 01.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

Identifying the components of cellular signaling networks and systematically determining their functions remains a major challenge in mammalian organisms. Pooled CRISPR screens represent a powerful and widely used method for the identification of genes involved in a wide range of biological mechanisms, but have the limitation that they are restricted to simple readouts such as cell proliferation. Recently, single-cell CRISPR screening strategies have emerged that combine the multiplexed CRISPR screening strategy with single-cell RNA sequencing to systematically monitor gene expression for each one of the genetic perturbations (e.g. CROP-seq). Albeit very powerful, these methods are expensive, restricted to assessing only a handful of genes and have so far not been applied for in vivo settings to study tissue function.Here I will develop an in vivo single-cell CRISPR platform to elucidate gene function in complex tissues. I will apply a combined approach leveraging a modified in vivo CROP-seq strategy and adjusted single-cell RNA-sequencing approach involving targeted assays of 500 skin marker genes that generate the same 15 epidermal cell-type clusters as whole-transcriptome analysis. Combined with ultrasound-guided in utero microinjections of lentiviral libraries in Cas9 mice, this approach will enable me to carry out the first in vivo single-cell CRISPR screen to assess gene function in simultaneously all tissue cell types and establish a scalable platform for elucidating cellular signaling networks at single-cell transcriptome resolution.
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