中大黄军就、松阳洲教授:发表CRISPR/Cas9基因编辑新成果

【字体: 时间:2015年11月27日 来源:生物通

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  来自中山大学的研究人员报告称,他们利用CRISPR/Cas9系统构建出了Slx2基因敲除小鼠模型,证实了CRISPR/Cas9技术可以推动对睾丸特异性X连锁基因的体内功能研究。这一研究成果发布在11月24日的《PLoS One》杂志上。

  

生物通报道  来自中山大学的研究人员报告称,他们利用CRISPR/Cas9系统构建出了Slx2基因敲除小鼠模型,证实了CRISPR/Cas9技术可以推动对睾丸特异性X连锁基因的体内功能研究。这一研究成果发布在11月24日的《PLoS One》杂志上。

中山大学生命科学学院的黄军就(Junjiu Huang)副教授和松阳洲(Zhou Songyang)教授是这篇论文的共同通讯作者。在过去的十多年,松阳洲教授在分子细胞学领域的研究中做出了独创性的贡献。他对人体细胞端粒调节机理和胚胎干细胞的蛋白组学和功能性的研究处于国内外相关领域的前沿。“80后”的黄军就副教授是位年轻的学者,今年他的研究团队因采用CRISPR/Cas9首次改造了人类胚胎DNA而受到国内外的广泛关注(延伸阅读:Nature:中国科学家用CRISPR/Cas9改造人类胚胎 )。

精子发生是生成精子的一个生理过程。它是一个复杂且受到严密调控的过程,可分为三个阶段:有丝分裂、减数分裂及精子形成。在哺乳动物减数分裂前期I,X和Y染色体失活,分隔到称作为XY body的周边核亚区域内。在减数分裂过程中许多DNA损伤反应蛋白如53BP1都定位在XY body上。有人认为,XY body的组成元件促成了减数分裂性染色体失活(MSCI)。如果MSCI发生缺陷,有可能会出现减数分裂不育或非整倍体。

以往的研究表明,SLX2(也称作1700013H16Rik或XLR6)可能与减数分裂染色体失活有关。SLX2是XLR家族的成员。XLR蛋白家族是一群包含Cor1结构域的蛋白,它们的编码基因定位在X染色体上。XLR家族包含有40个成员,其中一些参与了精子发生。人们怀疑,SLX2在这一过程中发挥了重要的作用,因为它在减数分裂前期I时表达于睾丸中,主要定位在XY body上。然而,至今还没有好的模型来调查它在精子发生中所起的作用。

基因组编辑工具是通过诱导双链DNA断裂(DSBs)来实现位点特异性基因编辑。DSBs通过容易出错的非同源末端连接(NHEJ)或高保真的同源重组修复(HDR)机制进行修复,由此促成插入和缺失(Indels)或精确的基因替换。靶基因插入与缺失往往会导致移码突变,破坏靶基因表达。常使用的基因组编辑工具包括大范围核酸酶、锌指核酸酶(ZFN)、转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9系统。

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在这些基因组编辑工具中,CRISPR/Cas9发展最快速。CRISPR/Cas9系统由导向RNA(gRNA)和Cas9核酸内切酶构成,通过设计新的gRNA可以让CRISPR/Cas9轻易地靶向几乎所有的基因。gRNA-Cas9复合物通过RNA-DNA互补来结合靶位点,由此激活Cas9核酸酶。随后激活的Cas9核酸酶将会切割靶位点。要靶向一个新基因,研究人员只需改变gRNA 5’末端的20个核苷酸序列。CRISPR/Cas9系统的简易和高效性使得它被广泛应用于许多物种中。受惠于CRISPR/Cas9系统的开发,它成为了在1个月内生成基因改造首建鼠的一种常规方法。

在这篇文章中研究人员报告称,他们采用CRISPR/Cas9系统构建出了Slx2基因敲除小鼠来研究Slx2在体内的功能。他们将靶向Slx2不同区域的两种gRNAs分别与Cas9 mRNA一同注入到小鼠受精卵中。在4-5个月的时间内获得了基因敲除小鼠。对比野生型小鼠,Slx2基因敲除小鼠有正常的睾丸和附睾。组织学检测睾丸切片显示,敲除Slx2对精子发生的3个主要阶段:有丝分裂、减数分裂和精子形成不产生影响。

此外,研究人员通过免疫荧光法进一步证实了破坏Slx2不会影响精原干细胞的数量、减数分裂进程或XY body形成。由于在Slx2基因敲除小鼠中精子发生是正常的,这些小鼠具有生育能力。

研究结果证实了,Slx2自身并非小鼠精子发生的必需基因,CRISPR/Cas9可以加速对睾丸特异性X连锁基因的体内功能研究。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

CRISPR/Cas9 Promotes Functional Study of Testis Specific X-Linked Gene In Vivo

Mammalian spermatogenesis is a highly regulated multistage process of sperm generation. It is hard to uncover the real function of a testis specific gene in vitro since the in vitro model is not yet mature. With the development of the CRISPR/Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated 9) system, we can now rapidly generate knockout mouse models of testis specific genes to study the process of spermatogenesis in vivo……

作者简介:

松阳洲

男,中山大学生命科学大学院院长,教授,博士导师。 美国Baylor医学院生化和分子生物学系终身教授,分子药物研发主任,RNAi 中心主任,Huffington 衰老和细胞分子生物学中心,干细胞和新生医学中心及Dan L. Duncan肿瘤中心研究员。在过去的十多年,松阳洲教授在分子细胞学领域的研究中做出了独创性的贡献。他对人体细胞端粒调节机理和胚胎干细胞的蛋白组学和功能性的研究处于国内外相关领域的前沿。

研究方向
干细胞生长与分化, 肿瘤生长和人体衰老机制; 细胞端粒的结构、端粒蛋白的功能与作用机理,信号传导网络,DNA 损伤与修复,蛋白质间相互作用以及功能基因的高通量筛选和鉴定。

简历
1990年获广州中山大学生物化学理学学士学位,1995年获美国波士顿塔夫兹大学生命医学学院分子和细胞生理学博士学位, 1995年到1998年先后在哈佛大学医学院细胞生物学系和麻省理工学院(MIT)生物系做博士后工作。1998年在美国贝勒医学院生化和分子生物学系任助理教授。2004年晋升为终身副教授,2008年晋升为生化和分子生物学系终身教授。同时担任贝勒医学院药学系教授,高通量实验中心主任,兼Huffington衰老和细胞分子生物学中心,干细胞和新生医学中心及D.L. Duncan肿瘤中心研究员。2009年就任中山大学生命科学学院院长。

已发表论文和论著达80篇,在Nature, Science, Cell, PNAS, Nature Cell Biology, NSMB, Molecular Cell等影响因子大于10的期刊上发表论文逾20篇;总引用次数超过7500次。

荣誉
曾荣获Scientist报年度最佳论文奖和Cell杂志30年最佳30篇文章奖,Irvington Institute Postdoctoral Fellowship, Ellison New Scholar,American Cancer Society Scholar与Leukemia and Lymphoma Society Scholar等荣誉。担任Science, Nature, Cell, PNAS和JBC等国际刊物的审稿人。

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