
運用CRISPR/CAS9技術(shù)對斑馬魚進行基因敲除
發(fā)布時間:
2021-10-27
基因編輯可以分為三代,第一代:ZFN;第二代:TELEN;第三代:CRISPR/Cas。CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromicrepeats)規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù);Cas9(CRISPRassociated nuclease)是CRISPR相關(guān)核酸酶,CCRISPR/Cas9是最新出現(xiàn)的一種由RNA指導(dǎo)的,利用Cas9核酸酶對靶向基因進行編輯的技術(shù)。
目前CRISPR/Cas9系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于對哺乳動物細胞、斑馬魚、小鼠、豬、猴等不同動物、擬南芥、水稻、小麥、玉米、大豆等不同植物,以及病毒、細菌與真菌等不同有機體的基因組編輯。
在運用CRISPR/Cas9技術(shù)研究的魚類中,斑馬魚 (Danie rerio)是被研究得最多的對象。
2013年,美國Joung教授實驗室首次將Cas9系統(tǒng)應(yīng)用于斑馬魚基因組編輯的研究,實現(xiàn)了對基因組的靶向操作,在特定基因位點處產(chǎn)生了堿基缺失和插入的不同形式的突變(Hwang et al., 2013)。
北京大學(xué)熊敬維教授實驗室?guī)缀踉谕粫r間報道了運用Cas9系統(tǒng)對斑馬魚中etsrp基因和gata5基因進行了特定的基因敲除 (Chang et al., 2013)。
北京大學(xué)張博教授實驗室通過設(shè)計一對Cas9位點,實現(xiàn)了大片段DNA (上百個到百萬個堿基) 的剪切或倒置 (Xiao et al., 2013)。Schmid實驗室的研究表明,在Cas9顯微注射的受精卵中,有11%~43%能夠發(fā)育成為F0,產(chǎn)生穩(wěn)定的突變品系 (Hruscha et al., 2013)。
上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院運用CRISPR/Cas9技術(shù)成功敲除了斑馬魚hae3基因,并且研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),胚胎時期hae3基因的缺失會嚴重影響斑馬魚血紅蛋白的生成,而且伴隨畸形發(fā)育表型 (蔡暢等, 2015)。
上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院利用CRISPR/Cas9敲除斑馬魚細胞周期蛋白M2(CNNM2)基因,獲得了能穩(wěn)定遺傳的CNNM2基因敲除斑馬魚個體,為進一步研究CNNM2基因和機體鎂離子穩(wěn)態(tài)之間的關(guān)系打下了基礎(chǔ) (黃振玉等, 2015)。
敲除斑馬魚kctd1基因,發(fā)現(xiàn)kctd10突變個體的房室管畸形,產(chǎn)生一個拉長的線狀的心臟 (張緒帥, 2016)。
重慶醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院運用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除斑馬魚faf1基因,得到雜合突變型斑馬魚,并觀察到該雜合突變型個體有體細胞色素沉積延遲,受精后第4天開始尾部肌節(jié)出現(xiàn)“結(jié)節(jié)樣”表型以及頭顱縮小、舌骨小角角度增大等顱面軟骨畸形的變化,并于受精后8~9 d 死亡(劉菁等, 2017)。
湖南師范大學(xué)利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功敲除斑馬魚fhl1a基因,并證明fhl1a基因突變能穩(wěn)定地遺傳到下一代個體,為進一步研究fhl1a基因在心臟發(fā)育中的具體調(diào)控機制打下基礎(chǔ) (陳思行等, 2017)。
首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院內(nèi)分泌科成功構(gòu)建了rfx6基因敲除斑馬魚動物模型,初步研究發(fā)現(xiàn)rfx6純合突變體生長發(fā)育遲滯、體型瘦小、呈現(xiàn)糖尿病消瘦體型并且不能產(chǎn)生后代,得出結(jié)論:rfx6在斑馬魚胰腺的發(fā)育中占據(jù)重要地位,是控制斑馬魚胰腺發(fā)育的關(guān)鍵因子 (程呈等, 2015)。
同濟大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院利用CRISPR/Cas9構(gòu)建了穩(wěn)定遺傳的斑馬魚WHSC1L1純合突變體,為研究胚胎發(fā)育過程中由此基因突變引起的組蛋白甲基化修飾變化對胚胎發(fā)育的影響及機制提供了有力的幫助 (陳韻如, 2016)。
作為優(yōu)選的模式脊椎動物,斑馬魚模型可以用來評價人類基因的作用與功能、解析其在遺傳與發(fā)育上發(fā)揮作用的分子機制。通過基因組改造(基因敲除、敲入和轉(zhuǎn)基因等)構(gòu)建人類疾病的斑馬魚模型,表型模擬人類疾病的病癥,進而用于研究分子遺傳病的病理機制、篩選治療疾病的化學(xué)藥、開發(fā)基因治療的生物藥等生物醫(yī)藥的研發(fā)。