《Nature | MSL2确保哺乳动物中的双等位基因表达》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-12-04
  • 2023年11月29日,马克斯-普朗克研究所等机构的研究人员在Nature上发表了题为MSL2 ensures biallelic gene expression in mammals的文章。

    在二倍体生物中,双等位基因表达能够产生足够水平的mRNA。这对于单倍体不足的基因是必不可少的,单倍体不足的基因需要双等位基因表达以实现最佳功能以防止发育障碍的发作。是否以及如何在单个基因座上以细胞类型特异性方式确定双等位基因或单等位基因状态仍不清楚。已知MSL2用于苍蝇中雄性X染色体的剂量补偿。

    该研究确定了MSL2在调节哺乳动物等位基因表达中的作用。小鼠神经祖细胞中的等位基因特异性批量和单细胞分析表明,除了显示双等位基因下调的靶标外,MSL2丢失后,一类基因从双等位基因表达转变为单等位基因表达。这些基因中有许多是单倍体不足的。在不存在MSL2的情况下,一个等位基因保持活性,保留活性组蛋白修饰和转录因子结合,而另一个等位基因沉默,表现出启动子-增强子接触的丧失和DNA甲基化的获得。Msl2-knockout小鼠在胚胎发育过程中表现出围产期致死率和异质性表型,支持MSL2在调节基因剂量中的作用。MSL2在保持特定剂量敏感基因的双等位基因表达中的作用为进一步研究与哺乳动物细胞中的等位基因剂量补偿有关的其他因素奠定了基础,这对人类疾病具有重要意义。



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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2023-11-06
    • 本文内容转载自“Bioon细胞”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/mnf_L4QnjiMyBwYbwEKVPA 2023年11月3日,德国海德堡大学分子生物学中心和英国弗朗西斯-克里克研究所的研究人员在Science 上发表了题为Sex-biased gene expression across mammalian organ development and evolution的文章。该研究首次破解了控制特定哺乳动物---人类、小鼠、大鼠、兔子和负鼠---主要器官的性别特异性发育的程序。通过比较这些程序,他们还追溯到了性别特异性器官特征的进化过程。 在测序数据的基础上,通过应用生物信息学分析方法,研究人员发现了一种令人惊讶的适用于他们研究的所有哺乳动物的模式:Kaessman教授说,“几乎所有的基因表达差异都是在青春期才突然出现的。这意味着,负责器官性别特异性发育的基因程序几乎都是在器官发育的后期由雌性或雄性激素触发的。” 为了了解这些基因调控程序的进化过程,研究人员详细比较了针对这些哺乳动物的研究结果。Cardoso-Moreira博士解释说,“在我们研究的大多数哺乳动物物种中,肝脏和肾脏在基因表达上表现出许多性别差异,这反过来又导致了这些器官功能上的明显性别差异。”他们进一步了解到,这些性别差异发生在哺乳动物的相同器官和这些器官的相同细胞类型中;但它们大多是通过不同基因的活性而发生的。 Rodríguez-Montes认为研究结果说明了性别特异性特征的快速进化,这很可能是由于物种形成过程中遇到了不同的挑战。他解释说,“X和Y性染色体上的少数基因是一个例外,这些基因可能是所有哺乳动物性别特异性特征产生的基本遗传触发因子。”
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    • 编译者:李康音
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    • 2024年7月8日,中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院李伟研究员与周琪研究员团队合作在Cell杂志以长文形式在线发表了题为All-RNA-mediated Targeted Gene Integration in Mammalian Cells with Rationally Engineered R2 Retrotransposons的研究论文。该研究结合基因组数据挖掘和大分子工程改造等手段,开发了使用RNA供体进行大片段基因精准写入的R2逆转座子工具,能够在多种哺乳动物细胞系、原代细胞中实现大片段基因(>1.5 kb)高效精准的整合,最高效率超过60%,成功实现了全RNA介导的功能基因(DNA)在多种哺乳动物基因组的精准写入,为新一代创新基因疗法的发展提供了基础。 在该研究中,研究团队首先通过数据挖掘,全面系统地分析了自然界中R2逆转座子元件的生物多样性;通过构建基于RNA供体的基因写入的报告体系,成功筛选出在哺乳动物细胞中具有完整GFP功能基因整合活性的R2Tg系统(来源于一种鸟Taeniopygia guttata 的基因组)。随后,研究团队针对R2Tg系统发挥功能所必需的两个关键组分:R2蛋白质以及供体RNA,进行了系统性的功能探索与工程化改造,最终获得了在人细胞系中基因整合效率超过20%的en-R2Tg工具。 由于R2蛋白质可以通过mRNA表达,且供体RNA本身也是RNA,那么,en-R2Tg工具能否以全RNA形式介导的基因的高效精准写入?为了探究这一点,研究人员通过体外合成获得了编码R2蛋白质mRNA以及供体RNA,并使用脂质体递送的方式将两条mRNA导入人的细胞中。结果显示,en-R2Tg工具能够高效整合多个与疾病治疗相关基因,且这些基因能够有效表达功能蛋白。能够以全RNA的形式发挥功能,意味着en-R2Tg工具可以使用安全性已经在临床上得到证明的LNP纳米材料来进行递送,这将有可能解决长久以来基因写入工具依赖病毒载体进行高效递送的难题。研究团队发现,使用LNP递送en-R2Tg工具在人的肝脏细胞系中能够实现25%的基因整合效率。此外,研究团队还证明R2工具在人类原代细胞中同样具有活性;同时,通过显微注射将en-R2Tg工具导入小鼠胚胎,成功实现了超过60%的GFP基因定点整合效率。 该研究的另一关键点在于,工程化改造的en-R2Tg工具是否还保留有天然R2逆转座子的28S rDNA位点特异性整合这一性质?为了回答这一问题,研究人员结合无偏好的基因整合富集高通量测序以及全基因组三代测序方法,发现en-R2Tg工具在全基因组范围内展现了极高的基因整合特异性,大于99%的外源基因都精准整合到28S rDNA安全港位点。同时,结合qRT-PCR以及RNA-Seq实验,研究人员发现en-R2Tg工具对细胞的转录组状态几乎没有影响。这说明 en-R2Tg 介导的基因写入是位点精准特异的,可以有效避免逆转录病毒等技术所产生的基因随机整合导致的基因突变风险。 综上,该研究基于自然界存在的R2逆转座系统,结合数据分析和工程化改造方法,成功开发了全RNA介导的、高效精准的基因写入技术,首次在多种人和小鼠细胞系及原代细胞中实现了功能基因的定点整合。R2基因精准写入工具在递送和安全性方面具有显著优势,未来有望基于此工具开发在体功能基因回补写入以及在体生成CAR-T细胞等全新的疾病治疗方法。值得注意的是,R2基因写入技术目前无法实现在不同基因组位点的可编程写入,且在人原代细胞中的基因写入效率较低,因此未来需要进一步发展和优化。