Cell:里程碑成果!我所利用CRISPR/Cas9技术构建基因工程猴
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精确基因编辑技术的终极潜能开始得以实现。来自中国的研究人员报告称获得了第一批携带定向突变的基因工程猴,这一里程碑成果为构建出更现实的人类疾病研究模型提供了垫脚石。相关论文发表在1月30日的《细胞》(Cell)杂志上。

来自南京大学模式动物研究所的黄行许(Xingxu Huang)教授、南京医科大学的沙家豪(Jiahao Sha)教授、云南省灵长类生物医学重点实验室季维智( Weizhi Ji )教授及其同事们,成功地利用 CRISPR/Cas9 系统对孪生的食蟹猴进行了精确的基因修饰。在过去的一年里 CRISPR/Cas9 技术如暴风般横扫整个基因工程领域,研究人员已利用这一技术破坏了小鼠和大鼠的基因,但直至现在还没有人在灵长类动物中获得成功。

麻省理工学院合成生物学家张峰(Feng Zhang)是CRISPR技术领域的先锋人物,他表示:“这是重要的一步,它证实了这一系统正在起作用。”

转基因小鼠长期占据人类疾病模型的主导地位,部分原因在于科学家们已掌握了一种针对小鼠的基因编辑方法:利用同源重组来导入突变。由于小鼠能够快速且大量地繁殖因而这种策略能够起作用,但低同源重组率使得这种方法无法在诸如猴子等繁殖缓慢的生物中施行。

日本庆应义塾大学干细胞生物学家 Hideyuki Okano 说:“我们需要一些非人类灵长类动物模型。人类的神经精神疾病很难在小鼠简单的神经系统中进行复制。”

以往尝试对灵长类动物进行遗传修饰都是依赖于病毒方法,其虽然能够有效地生成突变,但突变位点不可预知,且突变数量无法控制。利用可定制的RNA片段将 DNA 切割酶Cas9引导至期望的突变位点, CRISPR/Cas9 基因编辑系统的出现使得灵长类动物的前景变得光明。

研究人员首先在一种猴细胞系中对这一技术进行测试,破坏了三个基因,其成功率达到 10–25%。受此鼓舞,科学家们随后在 180 多个单细胞期猴胚胎中同时靶向了这三个基因。在对 15 个胚胎的基因组 DNA 进行测序后,他们发现其中有8个胚胎显示出两个靶基因同时突变的迹象。研究人员随后将遗传修饰的胚胎转移到代孕母猴体内,其中一个生出了一对孪生猴。通过测序这对孪生猴的基因组 DNA ,他们证实存在两个靶基因突变: Ppar-γ 帮助调控新陈代谢, Rag1 与健康的免疫功能相关。

Whitehead 生物医学研究所的干细胞研究员 Rudolf Jaenisch 是 20 世纪 70 年代率先构建第一只转基因小鼠之人。 Jaenisch 认为这一研究结果是一个有趣的证明,但却没有提供多少科学认知。“下一步是看看我们能从中了解到什么东西。”

将 CRISPR/Cas9 技术用于猴子是许多实验室的渴望的目标,MIT的McGovern脑研究所主任 Robert Desimone 说他们也计划将这个技术用于猴。他说中国学者的成功将会增强其他小组使用灵长类开展这一研究的信心。虽然小鼠可以进行基本的脑生物学和疾病研究,单毕竟和猴子的大脑不能比。例如许多药物对小鼠有效,但在人类没有效果。猴基因编辑的成功将会吸引药物公司的注意,特别是神经科学领域,这有可能让这些公司开展猴疾病模型的药物效果评价,这更接近人类疾病的情况,可以大大降低药物研究的风险。

黄行许说, Ppar-γ 和 Rag1 组合突变并不代表任何一种特定的疾病综合征,尽管每个基因都与人类疾病相关。该研究小组还没有对猴子的状况进行全面地分析,他们还必须开展进一步的测试评估突变是否存在于这些动物的所有细胞之中。黄行许说:“我们的第一个目标是着手去完成这项研究,使之起作用。”研究结果表明了,研究人员有一天或许能够构建出与多种突变相关的其他人类疾病模型。

黄行许说:“我们还有许多的事情要做。”

原文检索:

Yuyu Niu, Bin Shen, Yiqiang Cui, Yongchang Chen, Jianying Wang, Lei Wang, Yu Kang, Xiaoyang Zhao, Wei Si, Wei Li, Andy Peng Xiang, Jiankui Zhou, Xuejiang Guo, Ye Bi, Chenyang Si, Bian Hu, Guoying Dong, Hong Wang, Zuomin Zhou, Tianqing Li, Tao Tan, Xiuqiong Pu, Fang Wang, Shaohui Ji, Qi Zhou, Xingxu Huang, Weizhi Ji, Jiahao Sha. Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos. Cell, 30 January 2014; DOI:10.1016/j.cell.2014.01.027