李劲松研究组建立“人造精子”介导高效产生点突变小鼠的新方法
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时间：2017-08-24
8月12日，国际学术期刊Journal of Genetics and Genomics 在线发表了李劲松研究组和第二军医大学附属长征医院袁文课题组的最新研究成果“Efficient generation of the mouse model with a defined point mutation Through haploid cell-mediated gene-editing”。该研究结合CRISPR-Cas9基因编辑技术和半克隆技术，实现了点突变小鼠的高效制备。
建立点突变小鼠模型，尤其是致病基因点突变的小鼠模型，对研究基因的功能和疾病的致病机制至关重要，但是通过传统的同源重组编辑胚胎干细胞的方法耗时耗力。近年来，通过CRISPR-Cas9直接注射受精卵可以获得到携带点突变的小鼠，但产生携带点突变小鼠的效率不高且存在个体基因型嵌合的现象。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组的前期研究建立了小鼠孤雄单倍体胚胎干细胞（AG-haESCs）及将其注入卵子获得健康小鼠的半克隆技术（Cell, 2012），进一步优化该技术获得了能稳定高效产生半克隆小鼠的单倍体干细胞（DKO AG-haESCs，又称为“人造精子”）（Cell Stem Cell, 2015），为快速制备携带目的点突变小鼠模型提供了新方法。
研究人员首先采用携带点突变的单链寡脱氧核苷酸（ssODN，长度为99碱基）作为修复模板与CRISPR-Cas9共同转入单倍体细胞中，发现随着目的突变位点与Cas9酶切割位点（即DNA双链断开位点）距离的增加，同源重组获得携带突变位点细胞的效率急剧下降。当距离≥10bp时，采用ssODN为模板的效率低至无法检测，无法获得携带这些位点的突变细胞。为此，项目组构建了携带点突变的双链载体作为模板（长度为258bp-2.1kb），发现可以显著提高同源重组效率；同时，发现当载体长度在1-1.5kb时，同源重组效率最高。研究人员进而建立了携带点突变的单倍体细胞系，并通过卵子注射高效获得携带目的点突变的小鼠模型。综上，研究人员提出在致病点突变的模拟过程中，当突变位点与DNA双链断开位点距离＜10bp时，可以选用ssODN为模板；当突变位点与DNA双链断开位点距离≥10bp时，采用载体作为模板时会有较高的效率。
魏磊鑫和王修坤为本文共同第一作者。本研究获得生化与细胞所细胞平台和动物平台的大力支持和帮助，获中科院、上海市、国家科技部及国家自然科学基金委的经费支持。
