中科院Cell Res發表CRISPR新成果

日期：2014-12-09 09:00:17

來自中科院上海生命科學研究院、華西師范大學和北京大學等機構的研究人員報告稱，他們利用CRISPR-Cas9系統在包含一種遺傳病致病突變的精原干細胞 ( spermatogonial stem cell，SSCs )中成功地進行了基因編輯。這一重要成果發布在12月5日的《細胞研究》（Cell Research）雜志上。

中科院上海生命科學研究院的李勁松(Jinsong Li)研究員、吳立剛(Ligang Wu)以及北京大學的湯富酬（Fuchou Tang）研究員是這篇論文的共同通訊作者。

精原干細胞（SSCs）指位于曲精細管基膜上既能自我更新維持自身適量恒定，又能定向分化產生精子的一類原始精原細胞。來自不同物種的SSCs在加入膠質源性神經營養因子(GDNF)的培養基中可以維持很長一段時間。研究證實，將培育的SSCs移植到不育男性的睪丸中之后，其可以重建精子發生并恢復生育能力。

由于借助遺傳操控SSCs及隨后的移植，研究人員能夠選取出想得到的遺傳修飾，且有潛力以100%的效率生成健康后代，這些技術在構建基因修飾動物模型及治療遺傳疾病方面顯示出廣闊的前景。然而因為當前可用遺傳編輯技術的復雜性和低效率，迄今為止利用這些技術來有效生成基因修飾動物的報道非常有限，也尚未有研究報道利用它們來糾正遺傳疾病。

近年來，大量的研究證實來自細菌的CRISPR-Cas9系統能夠以非常高的效率及特異性對不同的物種進行快速基因組編輯（延伸閱讀：Nature子刊：新技術推動CRISPR、TALEN廣泛介導基因敲入）。CRISPR-Cas9介導基因組編輯只需要一條很短的單導向RNA （single-guide RNA，sgRNA)引導位點特異性的DNA識別和切割，借助于非同源末端連接（NHEJ）介導的插入/刪除或基于外源寡聚核苷酸的同源重組修復(homology-directed repair)，即可對靶位點進行基因修飾。相比于其他的遺傳編輯技術，這一系統相對易于操控。通過受精卵注入Cas9 mRNA和sgRNAs，可以一步生成攜帶所需突變的小鼠或大鼠。

令人驚嘆的是，有研究報告稱利用CRISPR-Cas9糾正了人類成體干細胞中與囊性纖維化相關的缺陷。通過尾靜脈高壓注射傳送CRISPR-Cas9系統，研究人員還糾正了小鼠模型肝細胞中的Fah突變，挽救了體重減輕這一表型。此外，有研究稱通過將Cas9 mRNA和靶向突變等位基因的sgRNA共同注入到受精卵中糾正了攜帶Crygc基因或dystrophin基因突變的小鼠，顯示了將CRISPR-Cas9應用于基因治療的可行性。但直接將CRISPR-Cas9系統注入到受精卵無法以100%的效率生成健康后代，并有可能在后代基因組中生成有害修飾，包括脫靶修飾，阻礙了應用CRISPR-Cas9來糾正人類遺傳疾病。

在這篇文章中，研究人員報道稱他們利用CRISPR-Cas9系統有效地將遺傳修飾導入到了SSCs中。利用CRISPR-Cas9系統，他們在SCCs中突變了EGFP轉基因或內源的Crygc基因。在移植到不能生育小鼠睪丸的生精小管之后，這些突變SSCs經歷了精子發生，生成了圓形精細胞。將這些圓形精細胞注入到成熟卵母細胞中，生成的雜合子后代顯示出對應的突變表型。