國內(nèi)**從小鼠之外哺乳動物中獲得具有發(fā)育功能單倍體胚胎干細(xì)胞系
摘要：
中國科學(xué)院動物研究所研究員周琪帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)**從小鼠之外的哺乳動物中獲得了具有發(fā)育功能的單倍體胚胎干細(xì)胞系，而且**利用CRISPR-Cas技術(shù)完成對大鼠單倍體胚胎干細(xì)胞的多基因敲除，為建立用于大規(guī)模基因篩選的純合的基因突變細(xì)胞庫打下基礎(chǔ)。相關(guān)文章發(fā)表于2013年12月19日的《Cell Stem Cell》雜志上。
單倍體胚胎干細(xì)胞同時具有單倍體細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞的特性，由于其只含有一套染色體，不存在等位基因在基因功能上的補(bǔ)償作用，因此是研究隱性基因功能的理想模型。同時，其胚胎干細(xì)胞的特性又可以將基因修飾直接遺傳給后代，從而避免了其他轉(zhuǎn)基因方法種系嵌合等方面的要求，可以極大提高基因修飾的效率及應(yīng)用范圍。
在*新發(fā)表的研究中，該團(tuán)隊(duì)成功地建立了大鼠的單倍體胚胎干細(xì)胞系，并證明大鼠單倍體胚胎干細(xì)胞在長期培養(yǎng)過程中仍可維持單倍性和多能性。進(jìn)一步研究證明，針對大鼠單倍體胚胎干細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模隨機(jī)突變，可以快速地建立涵蓋整個基因組的基因突變細(xì)胞庫，從而為大規(guī)模基因篩選提供了基礎(chǔ)。
利用基因定點(diǎn)修飾技術(shù)CRISPR-Cas系統(tǒng)，可快速高效地在單倍體干細(xì)胞上進(jìn)行**定位的基因修飾或敲除，并且處理后的細(xì)胞仍能維持單倍體和多能性狀態(tài)。尤為重要的是，該工作證明了大鼠單倍體胚胎干細(xì)胞同樣具有替代精子與卵母細(xì)胞“受精”并產(chǎn)生健康大鼠的能力。
通過種系嵌合和替代精子進(jìn)行卵胞質(zhì)注射兩種途徑，該團(tuán)隊(duì)都成功獲得了健康的攜帶基因修飾的大鼠，從而證明大鼠孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞可以將基因修飾快速地遺傳給后代，為研究基因功能提供了便利。
周琪帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)之前曾先后在Nature等雜志報(bào)道建立有功能的小鼠孤雄與孤雌來源的單倍體胚胎干細(xì)胞系，并證實(shí)這些干細(xì)胞可以替代精子或卵子完成受精和胚胎發(fā)育，產(chǎn)生健康的小鼠，從而實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)從細(xì)胞到個體水平上的傳遞。
此次的研究成果**從小鼠之外的哺乳動物中獲得了具有發(fā)育功能的單倍體胚胎干細(xì)胞系，而且**利用CRISPR-Cas技術(shù)完成對大鼠單倍體胚胎干細(xì)胞的多基因敲除，為建立用于大規(guī)模基因篩選的純合的基因突變細(xì)胞庫打下基礎(chǔ)。鑒于大鼠在生理上比小鼠更類似于人類，這一工作將對人類**模型研發(fā)和開展基因功能研究起到重要的推動作用。
該研究得到了中科院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)、科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金委的支持。
原文摘要：
Genetic Modification and Screening in Rat Using Haploid Embryonic Stem Cells
Wei Li,Xin Li,Tianda Li,Ming-Gui Jiang,Haifeng Wan,Guan-Zheng Luo,Chunjing Feng,Xiaolong Cui,Fei Teng,Yan Yuan,Quan Zhou,Qi Gu,Ling Shuai,Jiahao Sha,Yamei Xiao,Liu Wang,Zhonghua Liu,Xiu-Jie Wang,Xiao-Yang Zhao,Qi Zhou
The rat is an important animal model in biomedical research, but practical limitations to genetic manipulation have restricted the application of genetic analysis. Here we report the derivation of rat androgenetic haploid embryonic stem cells (RahESCs) as a tool to facilitate such studies. Our approach is based on removal of the maternal pronucleus from zygotes to generate androgenetic embryos followed by derivation of ESCs. The resulting RahESCs have 21 chromosomes, express pluripotency markers, differentiate into three germ layer cells, and contribute to the germline. Homozygous mutations can be introduced by both large-scale gene trapping and precise gene targeting via homologous recombination or the CRISPR-Cas system. RahESCs can also produce fertile rats after intracytoplasmic injection into oocytes and are therefore able to transmit genetic modifications to offspring. Overall, RahESCs represent a practical tool for functional genetic studies and production of transgenic lines in rat.