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基因调控系统CRISPR/Cas技术助力构建小鼠模型
来源:Cell       时间:2013-09-22 11:10:24

来自Whitehead研究所的研究人员利用基因调控系统CRISPR/Cas,一步操控小鼠基因组纳入了报告基因和条件性等位基因。现在生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间,并可利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。这一突破性的研究发表在《细胞》(Cell)杂志上。

    Whitehead研究所创始人Rudolf Jaenisch说:“我们以往曾利用CRISPR/Cas来突变基因,但却无法预测这些靶向突变的特性。现在我们可通过两次切割定义特异性的缺失。我们可以一步生成条件性的小鼠,轻易及非常有效地插入达3000个碱基对的DNA片段。而过去要构建这样的小鼠则需要开展更多的工作。”

    CRISPR/Cas ("clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR associated")系统,是在大多数细菌以及古菌中发现的一种天然免疫系统,可用来对抗病毒以及其他病原体对细菌的入侵。科学家们近期通过利用这一防御机制,快速有效地改变了小鼠和人类细胞的基因组。然而直到现在,研究人员才利用CRISPR/Cas来构建遗传研究最有用的一种工具:条件性突变小鼠。

    一个条件性突变小鼠基因组中,包含有一个或一组可利用一种特定信号来开启或关闭的基因。通过开启或关闭这些基因,科学家们可以梳理某些基因在生物学功能和疾病中的作用。

    此前,科学家们构建这样的模式生物需要利用胚胎干细胞(ESCs),且要经历一个复杂且耗时的过程。不幸的是,科学家们只能有效操控小鼠和大鼠的这些ESCs,这一限制阻碍了这类研究。

    利用CRISPR/Cas,Jaenisch和他的实验室构建出了带有条件性等位基因的小鼠,以及携带着多个标记基因能够报告这些基因是否正在表达的小鼠。

    研究人员的实验还减轻了人们对于CRISPR/Cas脱靶活性的忧虑。

    论文的共同作者、Jaenisch实验室研究生Chikdu Shivalila说:“近期在人类癌细胞系中的一些研究提出了关于CRISPR/Cas特异性的担忧,我们的研究表明非特异性的DNA切割有可能会发生,但它们是少见和可以预测的。”
 
    Jaenisch实验室的最新研究工作为未来的研究开辟了一些新途径。
 
    论文的共同作者、Jaenisch实验室博士后研究人员Hui Yang说:“在这项研究中我们描述的这些方法将大大加快构建基因修饰动物的速度。我想利用这种方法借助于CRISPR/Cas来构建出复杂疾病的模型。”

    由于CRISPR/Cas不依赖于ESCs,可以利用它来对包括家畜在内的任何动物进行遗传改造。

    论文的共同作者、Jaenisch实验室博士后研究人员Haoyi Wang说:“我们还没尝试过,但我想通过改造这一CRISPR/Cas系统,从而在大型动物中实现基因组工程操控,例如利用灵长类动物构建疾病模型,利用牛来满足农业用途。”



原文链接:


One-step generation of mice carrying reporter and conditional alleles by CRISPR/Cas mediated genome engineering


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