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《细胞研究》杂志发表通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑生成可应用于神经系统疾病研究的基因敲除雪貂
发布日期:2015-11-14    浏览次数:353

11月13日的《Cell Research》期刊在线发表了来自中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、生物物理研究所王晓群课题组和同济大学生命科学与技术学院高绍荣课题组合作研究成果,该研究第一次证实了CRISPR/Cas9介导的基因编辑可以高效生成基因敲除雪貂。

雪貂作为模式动物应用于人类疾病的研究已经有近一百年的历史,它们在脑功能生理学特征、生殖生物学及癌症、流感感染特性等各种疾病的病理特征方面与人类有许多的相似之处。此外,雪貂还有体形小、繁殖周期短等优点。但是,由于雪貂的基因组一直不明确以及缺乏一种技术方法在雪貂中实现精确的基因改造,因此使得雪貂在病理学研究中的使用受到显著限制。

CRISPR/Cas9系统是一种存在于细菌中的免疫应答系统,其借助于双RNA引导的核酸内切酶Cas9在特异基因组位点切割入侵DNA,过去几年的研究及发展证实了CRISPR/Cas9系统可在多种生物体中介导高效的基因编辑。中科院生物物理研究所王晓群课题组和同济大学生命科学与技术学院高绍荣课题组的研究人员通过共同注射Cas9 mRNA和sgRNAs到单细胞期胚胎中,以高达73.3%的效率生成了Dcx、Aspm和Disc1任一基因双等位基因突变的首建雪貂。有趣的是,携带Dcx突变的首建动物显示出与人类患者相似的无脑回表型,携带Aspm突变的首建动物也显示出与人类患者相似的脑小畸形的表型。这些结果证实了雪貂可以极佳地模拟出在具有平滑脑的啮齿类动物系统中无法获得的人类遗传疾病表型。同时,也证明了雪貂可以作为神经系统疾病的首选的模式动物之一。这些基因改造雪貂的种群的建立,将为研究Dcx、Aspm和Disc1基因突变是如何引起神经系统疾病发生的分子机制提供有力的工具。

此外,研究人员还测试了这些遗传改造雪貂中的脱靶突变,他们筛查雪貂基因组发现了Dcx-sgRNA1的两个潜在脱靶位点Cdh8和Sohlh2。随后他们采用PCR扩增了所有潜在脱靶位点附近的片段,并进行序列分析。结果显示在两个潜在脱靶位点Cdh8和Sohlh2处未检测到突变。这些结果表明,实验中采用的Cas9/sgRNA没有在潜在脱靶位点生成可检测到的突变,表明CRISPR/Cas9系统对于雪貂是一种可靠的基因组改造工具。这一技术的开发,为雪貂作为模式动物,未来应用于啮齿类动物无法探讨的与人类疾病相关基因的研究起到了积极的推动作用。

这项工作由中科院生物物理研究所王晓群课题组和同济大学生命科学与技术学院高绍荣课题组的科研人员合作完成,得到了中科院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室脑成像团队的大力支持,受到了科技部国家重大研究计划、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委和青年千人计划的资助。 

图注:CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术在雪貂中造成了Dcx基因的一段碱基缺失。携带Dcx突变的首建动物显示出与人类患者相似的无脑回和脑室增大的表型。