《世界首例长寿基因编辑猴模型在中国科学院诞生》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-08-24
  • 衰老是机体生理功能随时间逐渐退化的过程,是神经退行性疾病、动脉粥样硬化、糖尿病和恶性肿瘤等慢性疾病的最大风险因素。衰老进程由遗传和表观遗传因素共同调控,因此理解衰老的遗传和表观遗传基础是延缓衰老和防治衰老相关疾病的重要前提。

    早在1999年,人们就发现Sir2基因具有延长酿酒酵母寿命的作用,因此被称为"长寿基因"。在啮齿类动物中,Sir2的同源基因SIRT6也被认为参与了衰老及寿命的调控:过量表达SIRT6能够延长雄性小鼠的寿命,而敲除SIRT6则会使小鼠表现出皮下脂肪减少、脊柱弯曲和变形、骨密度降低、肠道上皮受损、端粒缩短等加速衰老的表型,且小鼠寿命缩短至约1个月。由于SIRT6在功能上链接着表观遗传稳态、基因组稳定性和代谢调控,因此SIRT6被认为是经典的"长寿蛋白",并成为人们试图延缓衰老的重要靶标。然而,迄今为止几乎所有SIRT6作为"长寿蛋白"的证据均来源于小鼠和其他低等模式生物,而SIRT6能否在灵长类动物中发挥类似的功能尚不清楚。

    中国科学院干细胞与再生创新研究院等研究团队联合攻关,经过三年的不懈努力,首次实现了SIRT6在非人灵长类动物中的全身敲除,获得了世界上首例特定长寿基因敲除的食蟹猴模型。与SIRT6敲除小鼠表现的加速衰老表型明显不同,SIRT6敲除的食蟹猴在出生数小时内即死亡。多项分析结果显示,SIRT6敲除的食蟹猴未见加速衰老表型,却表现出严重的全身发育迟缓。新生SIRT6敲除猴的脑及多种其他器官组织均表现出明显的胚胎期未成熟的细胞和分子特征。此外,利用人类干细胞模型开展的研究表明,SIRT6缺乏也可阻滞人类神经干细胞向神经元的分化。进一步的分子机制研究发现,SIRT6可以通过介导长链非编码核糖核酸H19印记调控区的组蛋白去乙酰化来反式抑制H19的表达,而SIRT6的缺乏则会在灵长类动物神经前体细胞中引起H19表达的异常上调,进而导致脑发育迟缓。

    该成果在2018年8月23日在线发表于国际顶尖学术期刊Nature。该研究首次结合非人灵长类动物模型、人类干细胞模型及基因编辑技术揭示了可调控灵长类动物出生前发育程序的关键分子开关,为研究人类出生前发育迟缓综合征提供了重要的模型体系。此外,该研究首次揭示了灵长类和啮齿类动物在衰老调节通路方面的差异,为开展人类发育和衰老的机制研究,以及相关疾病的干预奠定了重要的基础。

    该研究工作由中国科学院生物物理研究所、中国科学院动物研究所、首都医科大学宣武医院、北京大学附属第一医院、和中山大学等机构合作完成。中国科学院生物物理研究所刘光慧研究员、中国科学院动物研究所李伟研究员和胡宝洋研究员为论文的共同通讯作者。中国科学院生物物理研究所张维绮研究员,中国科学院动物研究所万海峰助理研究员、冯桂海副研究员和曲静研究员为共同第一作者。周琪院士对工作的开展给予了重要的指导和支持。该研究受到中国科学院"器官重建与制造"战略科技先导专项及科技部、基金委等项目的资助。

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6726283.html
相关报告
  • 《NATURE重大突破:世界首例长寿基因编辑猴模型在中国科学院诞生》

    • 来源专题:广东省干细胞与组织工程技术路线图信息服务平台
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2018-09-21
    • 衰老是机体生理功能随时间逐渐退化的过程,是神经退行性疾病、动脉粥样硬化、糖尿病和恶性肿瘤等慢性疾病的最大风险因素。衰老进程由遗传和表观遗传因素共同调控,因此理解衰老的遗传和表观遗传基础是延缓衰老和防治衰老相关疾病的重要前提。 早在1999年,人们就发现Sir2基因具有延长酿酒酵母寿命的作用,因此被称为"长寿基因"。在啮齿类动物中,Sir2的同源基因SIRT6也被认为参与了衰老及寿命的调控:过量表达SIRT6能够延长雄性小鼠的寿命,而敲除SIRT6则会使小鼠表现出皮下脂肪减少、脊柱弯曲和变形、骨密度降低、肠道上皮受损、端粒缩短等加速衰老的表型,且小鼠寿命缩短至约1个月。由于SIRT6在功能上链接着表观遗传稳态、基因组稳定性和代谢调控,因此SIRT6被认为是经典的"长寿蛋白",并成为人们试图延缓衰老的重要靶标。然而,迄今为止几乎所有SIRT6作为"长寿蛋白"的证据均来源于小鼠和其他低等模式生物,而SIRT6能否在灵长类动物中发挥类似的功能尚不清楚。 图1, 利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得SIRT6全身敲除的食蟹猴 中国科学院干细胞与再生创新研究院等研究团队联合攻关,经过三年的不懈努力,首次实现了SIRT6在非人灵长类动物中的全身敲除,获得了世界上首例特定长寿基因敲除的食蟹猴模型。与SIRT6敲除小鼠表现的加速衰老表型明显不同,SIRT6敲除的食蟹猴在出生数小时内即死亡。多项分析结果显示,SIRT6敲除的食蟹猴未见加速衰老表型,却表现出严重的全身发育迟缓。新生SIRT6敲除猴的脑及多种其他器官组织均表现出明显的胚胎期未成熟的细胞和分子特征。此外,利用人类干细胞模型开展的研究表明,SIRT6缺乏也可阻滞人类神经干细胞向神经元的分化。进一步的分子机制研究发现,SIRT6可以通过介导长链非编码核糖核酸H19印记调控区的组蛋白去乙酰化来反式抑制H19的表达,而SIRT6的缺乏则会在灵长类动物神经前体细胞中引起H19表达的异常上调,进而导致脑发育迟缓。 该成果在2018年8月23日在线发表于国际顶尖学术期刊Nature。该研究首次结合非人灵长类动物模型、人类干细胞模型及基因编辑技术揭示了可调控灵长类动物出生前发育程序的关键分子开关,为研究人类出生前发育迟缓综合征提供了重要的模型体系。此外,该研究首次揭示了灵长类和啮齿类动物在衰老调节通路方面的差异,为开展人类发育和衰老的机制研究,以及相关疾病的干预奠定了重要的基础。 该研究工作由中国科学院生物物理研究所、中国科学院动物研究所、首都医科大学宣武医院、北京大学附属第一医院、和中山大学等机构合作完成。中国科学院生物物理研究所刘光慧研究员、中国科学院动物研究所李伟研究员和胡宝洋研究员为论文的共同通讯作者。中国科学院生物物理研究所张维绮研究员,中国科学院动物研究所万海峰助理研究员、冯桂海副研究员和曲静研究员为共同第一作者。周琪院士对工作的开展给予了重要的指导和支持。该研究受到中国科学院"器官重建与制造"战略科技先导专项及科技部、基金委等项目的资助。
  • 《世界首例神经疾病基因敲入猪诞生》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-04-02
    • 由中国科学院广州生物医药与健康研究院、暨南大学等院校科研人员组成的国际研究团队经过四年努力,首次利用基因编辑技术(CRISPR/Cas9)和体细胞核移植技术,成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪,精准地模拟出人类神经退行性疾病。相关研究成果于北京时间3月30日在线发表于《细胞》。 亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等均是因为蛋白质的错误折叠而导致神经细胞死亡,是当今社会严重威胁人类健康的神经退行性疾病。这些疾病伴随年龄渐长而产生、可遗传、呈渐进性发展,由于缺乏合适的动物模型进行药物筛选,目前尚无有效治疗方法。亨廷顿舞蹈病是由单基因(HTT)突变导致的神经退性疾病,这是一个理想的疾病模式,可用于研究蛋白质错误折叠如何引起选择性的神经退性病变,是研究多基因突变病症的基础。 建立准确模拟疾病病理及表型的动物模型,对开发治疗疾病的有效手段至关重要。小鼠作为最常见的动物模型,已被广泛用于研究人类疾病机理和寻找临床治疗方法。但已有研究发现,表达突变基因的神经退行性疾病小鼠模型,并不能表现出像病人脑中一样的典型神经细胞死亡的重要病理特征。因此,许多有治疗效果的药物在小鼠模型中有效,在临床上对病人却无效。 为了探索与人类更相似的大动物能否更好地模拟神经退行性疾病,暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院教授李晓江、美国Emory大学教授李世华等曾在2008年成功建立了世界首例转基因亨廷顿舞蹈病的猴模型,2010年,他们又与广州生物院研究员赖良学合作建立了首例转基因亨廷顿舞蹈病的猪模型。然而,转基因模型由于表达外源性致病基因片段的毒性过强,出生不久后死亡,不能将致病基因传代,严重限制了科学家们对其进一步探索和研究。 为了建立更能准确模拟神经退行性疾病的动物模型,他们通力合作,经过4年的努力,利用基因编辑(CRISPR/Cas9)技术,精准地将人突变的亨廷顿基因,即人外显子1中包含150 CAG重复序列精确地插入猪的HTT内源性基因中,利用成纤维细胞筛选出阳性克隆细胞,并通过体细胞核移植技术,成功培育出亨廷顿舞蹈病的基因敲入猪模型,在国际上首次建立了与神经退行性病人突变基因相似的大动物模型。 研究发现,该模型不仅能模拟亨廷顿舞蹈症病人在大脑中特异神经元选择性死亡的典型病理特征,而且表现出类似亨廷顿舞蹈病“舞蹈样”的异常行为。更重要的是,这些病理特征及异常行为都可以稳定地遗传给后代。该研究为开发治疗亨廷顿舞蹈病新手段提供了稳定、可靠的动物模型,也为制备其它神经退行性疾病大动物模型提供了技术范本和理论依据。 针对该研究成果,中国科学院院士裴钢表示,2008年,我们在制定发育与生殖研究国家重大科学研究计划"十二五"专项规划时,就前瞻性地布局了大型实验动物模型包括猪和猴的培育内容,并在后来的“干细胞国家重大科学研究计划”中持续加大经费投入。我国在基因编辑猴和克隆猴的研究中相继取得突破性成果,这次我国科学家在猪的疾病模型研究中又取得重大进展,表明我国在大动物模型的研究中已走在世界前列,将极大地推动我国生物医药产业的创新发展。HD研究专家、美国加州大学洛杉矶分校教授杨向东指出,亨廷顿舞蹈病基因敲入猪的建立是神经退行性疾病研究领域中的一个里程碑式的发现,使科学家能更深入了解神经细胞死亡的机制及寻找有效的治疗方法。 暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院副研究员闫森、博士涂著池,广州生物院刘朝明为论文共同第一作者;李晓江、赖学良、李世华为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、国家重大研究计划、国家重点研发计划和广东省科技计划的资助,以及中山大学、吉林大学、云南农业大学科研人员的支持。