Cell新突破：CRISPR技術(shù)助力構(gòu)建小鼠模型
日期：2013-08-30 09:36:26
來(lái)自Whitehead研究所的研究人員利用基因調(diào)控系統(tǒng)CRISPR/Cas，一步操控小鼠基因組納入了報(bào)告基因和條件性等位基因。現(xiàn)在生成包含如此復(fù)雜工程等位基因的動(dòng)物只需數(shù)周而非數(shù)年的時(shí)間，并可利用這些動(dòng)物來(lái)構(gòu)建疾病模型及研究基因功能。這一突破性的研究發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上。
Whitehead研究所創(chuàng)始人Rudolf Jaenisch說(shuō)：“我們以往曾利用CRISPR/Cas來(lái)突變基因，但卻無(wú)法預(yù)測(cè)這些靶向突變的特性。現(xiàn)在我們可通過(guò)兩次切割定義特異性的缺失。我們可以一步生成條件性的小鼠，輕易及非常有效地插入達(dá)3000個(gè)堿基對(duì)的DNA片段。而過(guò)去要構(gòu)建這樣的小鼠則需要開展更多的工作。”
CRISPR/Cas ("clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR associated")系統(tǒng)，是在大多數(shù)細(xì)菌以及古菌中發(fā)現(xiàn)的一種天然免疫系統(tǒng)，可用來(lái)對(duì)抗病毒以及其他病原體對(duì)細(xì)菌的入侵。科學(xué)家們近期通過(guò)利用這一防御機(jī)制，快速有效地改變了小鼠和人類細(xì)胞的基因組。然而直到現(xiàn)在，研究人員才利用CRISPR/Cas來(lái)構(gòu)建遺傳研究最有用的一種工具：條件性突變小鼠。
一個(gè)條件性突變小鼠基因組中，包含有一個(gè)或一組可利用一種特定信號(hào)來(lái)開啟或關(guān)閉的基因。通過(guò)開啟或關(guān)閉這些基因，科學(xué)家們可以梳理某些基因在生物學(xué)功能和疾病中的作用。
此前，科學(xué)家們構(gòu)建這樣的模式生物需要利用胚胎干細(xì)胞(ESCs)，且要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜且耗時(shí)的過(guò)程。不幸的是，科學(xué)家們只能有效操控小鼠和大鼠的這些ESCs，這一限制阻礙了這類研究。
利用CRISPR/Cas，Jaenisch和他的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建出了帶有條件性等位基因的小鼠，以及攜帶著多個(gè)標(biāo)記基因能夠報(bào)告這些基因是否正在表達(dá)的小鼠。
研究人員的實(shí)驗(yàn)還減輕了人們對(duì)于CRISPR/Cas脫靶活性的憂慮。
論文的共同作者、Jaenisch實(shí)驗(yàn)室研究生Chikdu Shivalila說(shuō)：“近期在人類癌細(xì)胞系中的一些研究提出了關(guān)于CRISPR/Cas特異性的擔(dān)憂，我們的研究表明非特異性的DNA切割有可能會(huì)發(fā)生，但它們是少見和可以預(yù)測(cè)的。”
Jaenisch實(shí)驗(yàn)室的最新研究工作為未來(lái)的研究開辟了一些新途徑。
論文的共同作者、Jaenisch實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Hui Yang說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中我們描述的這些方法將大大加快構(gòu)建基因修飾動(dòng)物的速度。我想利用這種方法借助于CRISPR/Cas來(lái)構(gòu)建出復(fù)雜疾病的模型。”
由于CRISPR/Cas不依賴于ESCs，可以利用它來(lái)對(duì)包括家畜在內(nèi)的任何動(dòng)物進(jìn)行遺傳改造。
論文的共同作者、Jaenisch實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Haoyi Wang說(shuō)：“我們還沒(méi)嘗試過(guò)，但我想通過(guò)改造這一CRISPR/Cas系統(tǒng)，從而在大型動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)基因組工程操控，例如利用靈長(zhǎng)類動(dòng)物構(gòu)建疾病模型，利用牛來(lái)滿足農(nóng)業(yè)用途。”
