华裔学者最新Nature:第二种基因敲除动物模型

【字体: 时间:2010年08月17日 来源:生物通

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  来自美国南加州大学干细胞中心,Keck医学院等处的研究人员首次成功的获得了基因敲除大鼠,这是到目前为止,世界上第二种完成基因敲除的动物模型,该研究为进一步分析人类疾病提供了一种新的平台。这一研究成果公布在生命科学研究顶级刊物《Nature》杂志在线版上。

  

生物通报道:来自美国南加州大学干细胞中心,Keck医学院等处的研究人员首次成功的获得了基因敲除大鼠,这是到目前为止,世界上第二种完成基因敲除的动物模型,该研究为进一步分析人类疾病提供了一种新的平台。这一研究成果公布在生命科学研究顶级刊物《Nature》杂志在线版上。

领导这一研究的是美国南加州大学干细胞中心应其龙博士,其早年毕业于第一军医大学,1999年应其龙博士远渡重洋至英国爱丁堡大学干细胞研究所,开始了干细胞研究工作,在2008年年底,应其龙副教授领导的科研小组历史上首次从大鼠中获得了真正的胚胎干细胞,这一突破将有利于研究人员创建更有效的动物模型,用于人类疾病的研究。

大鼠是一种应用广泛的实验室模式动物,但是迄今为止,科学家们还不能从遗传操作的角度在这种动物中敲除,或者添加某种基因,而这在小鼠中已经实现了。对动物进行遗传工程操作——包括小鼠和大鼠——都要求科学家能将干细胞(比如生殖细胞)培养成完整的动物个体,而应其龙研究组在之前的研究中就积累了这方面的许多经验,其研究组一直以来都从事胚胎干细胞研究,曾发表多篇《Nature》,《Cell》文章,比如曾在Nature文章中证实干细胞移植主要原因可能是细胞融合而不是分化,这是干细胞开创性进展之一。

在最新的这项研究中,研究人员在大鼠中成功的敲除了一种著名的抑癌基因:p53,这个基因可以说是癌症研究中的明星基因,对它的研究已经从一种抑癌基因,发展到几十种抑癌基因群体,从一条单一细胞通路,发展成多种细胞信号网络。因此p53敲除大鼠模型的建立对于未来分析癌症机理,信号网络具有重要的意义。

除此之外,目前研究人员还在尝试敲除两个编码关键免疫系统蛋白的基因,这样敲除后的大鼠其免疫功能会减弱,有助于进一步的医学研究需要。

(生物通:张迪)

2008年应其龙研究组大鼠干细胞重要成果

来自南加州大学USC的研究人员历史上首次从大鼠中获得了真正的胚胎干细胞,这一突破将有利于研究人员创建更有效的动物模型,用于人类疾病的研究。这一研究成果公布在《Cell》杂志上。

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)是指当受精卵分裂发育成囊胚时内细胞团(Inner Cell Mass)的细胞,它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的,如:德美医学小组成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞,之后密苏里的研究人员又通过鼠胚细胞移植技术,使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。

但是当研究人员希望建立大鼠ES细胞的时候,却遇到了技术壁垒:传统用于获得小鼠胚胎干细胞的方法不能用于大鼠。为了解决这一难题,研究人员进行了系列实验 ,结果发现大鼠胚胎干细胞在存在3i medium的情况下能有效的被分离和培养——3i medium中包含了抑制三种特异性基因信号:GSK3, MEK,FGF受体激酶的分子。这种方法将干细胞与引起其分化成特异性细胞的信号分离了开来,通过阻断这些信号,研究人员就可以从大鼠中分离得到干细胞了。

至今为止还没有从除了小鼠之外的动物(包括人类在内)获得确凿可信的胚胎干细胞,这一关键技术的发展也许能帮助建立其它哺乳动物胚胎干细胞系,这对于器官移植,以及药物治疗来说意义重大。

原文摘要:

Production of p53 gene knockout rats by homologous recombination in embryonic stem cells

The use of homologous recombination to modify genes in embryonic stem (ES) cells provides a powerful means to elucidate gene function and create disease models1. Application of this technology to engineer genes in rats has not previously been possible because of the absence of germline-competent ES cells in this species. We have recently established authentic rat ES cells2, 3. Here we report the generation of gene knockout rats using the ES-cell-based gene targeting technology. We designed a targeting vector to disrupt the tumour suppressor gene p53 (also known as Tp53) in rat ES cells by means of homologous recombination. p53 gene-targeted rat ES cells can be routinely generated. Furthermore, the p53 gene-targeted mutation in the rat ES-cell genome can transmit through the germ line via ES-cell rat chimaeras to create p53 gene knockout rats. The rat is the most widely used animal model in biological research4, 5, 6, 7. The establishment of gene targeting technology in rat ES cells, in combination with advances in genomics and the vast amount of research data on physiology and pharmacology in this species, now provide a powerful new platform for the study of human disease.

作者简介:

应其龙,1965年10月生。1987年获中国人民解放军第一军医大学学士学位,1992年获上海医科大学硕士学位,1995年获该校博士学位。1995年8月至1998年,在上海医科大学分子遗传研究室做博士后研究。1999年-2007年,在英国爱丁堡大学干细胞研究所做博士后。2005年-至今作为复旦大学讲座教授,2007年-至今,在美国南加州大学干细胞中心建立独立实验室。

长期从事胚胎干细胞(ESC)和神经干细胞的培养及其自我复制和分化机制方面的研究,在鼠ESC的培养和定向分化,ESC自我更新和分化的信号通路方面取得了重要的成就。发现鼠神经干细胞与鼠胚胎干细胞自发融合产生具有全能性的杂合细胞, 提出了成体干细胞能分化成其他组织不是传统的转分化,而是细胞融合的新观点(Nature 2002年),对该发现的评述也在Nature杂志同期刊登。在ESC定向分化:利用单层黏附培养法和成分明确的培养基及定量的细胞因子成功构建了世界上首个ESC向神经细胞高效定向分化的平台(Nature Biotechnology 2002年)。在ESC培养及自我更新相关信号通路:利用鼠ESC模型,开发出世界上首个具有明确成分的培养系统。同时,发现与ESC自我更新相关的新的信号通路,为人们最终阐明ESC自我更新和分化的分子机制打下基础(Cell 2003,第一作者兼通讯作者,对该成果的评述在cell杂志同期刊登)。他发明的ESC培养基已被开发成产品,现由Millpore生产销售。2008年,在小鼠胚胎干细胞自我更新机制研究上取得重大突破,发现了用小分子化合物抑制小鼠胚胎干细胞分化,即可以维持小鼠胚胎干细胞的自我更新,使科学家们必须重新思考和修订传统的干细胞理论,为人们重新认识胚胎干细胞自我复制及分化的分子机制和研究肿瘤干细胞提供一种新的思维(Nature 2008年)。课题组依据小鼠胚胎干细胞的研究成果,在国际上首次分离获得真正的大鼠胚胎干细胞(Cell 2008年),在国际上产生很大影响。

相关文章

1.      Li P, Tong C, Mehrian-Shai R, Jia L, Wu N, Yan Y, Maxson RE, Schulze EN, Song H, Hsieh CL, Pera MF, Ying QL(通信作者). Germline competent embryonic stem cells derived from rat blastocysts. Cell. 2008 Dec 26;135(7):1299-310.

2.      Ying QL(共同通信作者), Wray J, Nichols J, Batlle-Morera L, Doble B, Woodgett J, Cohen P, Smith A. The ground state of embryonic stem cell self-renewal. Nature. 2008 May 22;453(7194):519-23.

3.      Ying QL(共同通信作者), Nichols J, Chambers I, Smith A. - BMP induction of Id proteins suppresses differentiation and sustains embryonic stem cell self-renewal in collaboration with STAT3. - Cell  2003 Oct 31;115(3):281-92 .

4.      Ying QL, Stavridis M, Griffiths D, Li M, Smith A. - Conversion of embryonic stem cells into neuroectodermal precursors in adherent monoculture. - Nat Biotechnol 2003 Feb;21(2):183-6 .

5.      Ying QL, Nichols J, Evans EP, Smith AG. - Changing potency by spontaneous fusion. - Nature 2002 Apr 4;416(6880):545-8 .

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