Nature子刊：构建全长基因人源化小鼠模型的新方法

为了应对这些挑战，日本东京大学等机构的研究人员开发了一种简化的两步法FL-GH策略。这种名为TECHNO（基于胚胎干细胞的两步法人源化）的技术将CRISPR/Cas9辅助的基因组编辑与基于BAC的大片段基因组递送相结合。

　　

由于物种间的差异，人们很难了解人类基因在生物体中的功能。尽管小鼠与人类共享大多数蛋白质编码基因，但其调控机制往往存在差异，这限制了小鼠模型模拟人类生物学特征的准确性。

一种很有前景的解决方案是全长基因人源化（FL-GH），即将整个小鼠基因座（包括编码序列、内含子、非翻译区和调控元件）替换为相应的人类序列。然而，现有技术难以高效插入超大的基因组片段，这阻碍了生理相关性人源化模型的开发进程。

为了应对这些挑战，日本东京大学等机构的研究人员开发出一种简化的两步法FL-GH策略。这种名为TECHNO（基于胚胎干细胞的两步法人源化）的技术将CRISPR/Cas9辅助的基因组编辑与基于BAC的大片段基因组递送相结合。

这项研究成果于1月14日发表在《Nature Communications》杂志上。它提供了一种实用且可扩展的解决方案，可将小鼠基因座替换成人类基因组片段。

通讯作者、东京大学医科学研究所的Manabu Ozawa副教授称：“我们的结果展示了一个可靠且应用广泛的平台，可用于构建FL-GH小鼠模型。”

TECHNO工作流程分为两个具体步骤。首先，利用Cas9核糖核蛋白切除目标小鼠基因座，并用表达框两侧的短片段人类同源臂替换，从而构建精确的基因组着陆位点。

之后，将携带全长人源基因及其调控元件的BAC克隆与靶向表达框的通用gRNA一起导入胚胎干细胞，实现基因组大片段（> 200 kb）的同源定向整合。该方法依赖于标准试剂和广泛可用的BAC文库，因此理论上适用于90%以上的人类基因。

利用这个平台，研究团队成功实现多个基因座的人源化改造，包括c-Kit、APOBEC3和CYBB。c -Kit的人源化重现了人类特有的选择性剪接和器官特异性表达模式，同时支持造血和精子发生等重要生物学功能。

APOBEC3基因座的替换则展示了该方法的可扩展性，整合了超过200 kb的人类 DNA，涵盖七个基因，且表达模式与人类完全一致。

研究人员还构建了人源化的CYBB等位基因，并引入了与疾病相关的突变，以模拟慢性肉芽肿病。他们构建的转基因小鼠表现出活性氧生成受损，真实再现了患者的分子表型。

TECHNO技术在短期内有望推动精准的人源化动物模型的开发，用于评估治疗靶点、验证疾病相关变异，并在研发流程的早期阶段识别无效候选药物。

从长期来看，可扩展的FL-GH技术有望构建出真实模拟人类基因调控和疾病机制的模型，进而重塑生物医学研究。这些进展也有助于将人源化模型整合到AI驱动的比较基因组学、大规模的人源化等位基因分析以及系统生物学框架。

正如Ozawa博士所说：“总而言之，这些结果表明，我们的方法不仅实现了单个基因座的人源化，还能通过将疾病相关突变引入人源化等位基因，在体内精确模拟人类遗传病。”

TECHNO平台能够稳定、高效地整合超过200 kb的基因组片段，同时保持体内复杂的调控行为，标志着新一代人源化小鼠模型取得新突破。