測序周報·科研篇：世界首例！中國科學家Cell發文：利用CRISPR成功構建神經疾病基因敲入豬

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萌萌的小豬

亨廷頓病是一種是因為單基因（HTT）突變導致蛋白質的錯誤摺疊，進而導致神經細胞死亡的神經退行性疾病。但與阿爾茨海默症等疾病不同的是，亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳疾病，這意味著，只要父母一方患有疾病，子女就有50%的概率面臨相同的命運。目前，該疾病沒有有效治療方法。過去的20年時間裡，葯企進行了近百次臨床試驗，研究了治療亨廷頓症的41種不同組合藥物，由於缺乏合適的動物模型進行藥物篩選，只有2種藥物獲得許可，並且只能緩解癥狀。

建立準確模擬疾病病理及表型的動物模型，對開發治療疾病的有效手段至關重要。小鼠作為最常見的動物模型，已被廣泛用於研究人類疾病機理和尋找臨床治療方法。但已有研究發現，表達突變基因的神經退行性疾病小鼠模型，並不能表現出像病人腦中一樣的典型神經細胞死亡的重要病理特徵。因此，許多有治療效果的藥物在小鼠模型中有效，在臨床上對病人卻無效。

現在我們迎來了一個令人振奮的好消息，3月30日，生物學頂級學術期刊《細胞》在線發表了中國科學家的一項重大成果，由中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、暨南大學等院校科研人員組成的國際研究團隊經過四年努力，首次利用CRISPR/Cas9和體細胞核移植技術，成功培育出世界首例亨廷頓舞蹈病基因敲入豬，精準地模擬出人類神經退行性疾病。就在2個月以前，中國科學家獲得全球首個體細胞克隆猴的研究成果也發表在該期刊。

2010年，該研究團隊就建立了首例轉基因亨廷頓舞蹈病的豬模型。然而，轉基因模型由於表達外源性致病基因片段的毒性過強，出生不久後死亡，不能將致病基因傳代，嚴重限制了科學家們對其進一步探索和研究。

在此基礎上，研究人員利用CRISPR/Cas9技術，精準地將人亨廷頓突變基因，即人外顯子1中包含150 CAG重複序列精確地插入豬的HTT內源性基因中，利用成纖維細胞最終篩選出9個陽性克隆細胞。研究團隊挑選了其中一個細胞克隆株用於體細胞核移植，獲得了6頭攜帶了擴展CAG重複的人類亨廷頓蛋白外顯子1的豬模型F0代，並經過驗證獲得的豬模型的後代F1代、F2代呈現突變亨廷頓蛋白陽性，出現明顯的神經元凋亡。中國科學家成功培育出亨廷頓舞蹈病的基因敲入豬模型，在國際上首次建立了與亨廷頓舞蹈病人突變基因相似的大動物模型。

研究發現，該模型不僅能模擬亨廷頓舞蹈症病人在大腦中特異神經元選擇性死亡的典型病理特徵，而且表現出類似亨廷頓舞蹈病「舞蹈樣」的異常行為。更重要的是，這些病理特徵及異常行為都可以穩定地遺傳給後代。該研究為開發治療亨廷頓舞蹈病新手段提供了穩定、可靠的動物模型，也為製備其它神經退行性疾病大動物模型提供了技術範本和理論依據。

論文共同通訊作者為暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院李曉江教授、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學研究員、美國埃默里大學李世華教授。李曉江是亨廷頓病研究領域的權威，於2008年和李世華在世界上首次利用轉基因的方法建立了非人靈長類的亨廷頓疾病猴模型。賴良學則長期從事豬等大型哺乳動物的克隆，2010年和李曉江、李世華合作建立了首例轉基因亨廷頓舞蹈病的豬模型。

賴良學表示，「過去長期存在的問題是，我們用轉基因克隆技術試圖建立亨廷頓病的大動物模型，但轉基因的缺點是基因插入位置無法控制、表達量也無法控制，因此此前轉基因克隆獲得的豬或者猴子都存活不了幾天，準確來說無法稱之為模型。」2013年CRISPR/Cas9基因編輯技術的問世，讓這項亨廷頓病動物模型的研究工作出現曙光。研究團隊再次投入了長達4年的時間，最終獲得這份成果。

著名的細胞生物學家、原同濟大學校長、中科院院士裴鋼評價，我國在基因編輯猴和克隆猴的研究中相繼取得突破性成果，這次我國科學家在豬的疾病模型研究中又取得重大進展，表明我國在大動物模型的研究中已走在世界前列，將極大地推動我國生物醫藥產業的創新發展。

從事多年亨廷頓病研究的權威專家、美國加州大學洛杉磯分校楊向東教授也指出，亨廷頓舞蹈病基因敲入豬的建立是神經退行性疾病研究領域中的一個里程碑式的發現，使科學家能更深入了解神經細胞死亡的機制及尋找有效的治療方法。

這項研究為開發治療亨廷頓舞蹈病新手段提供了穩定、可靠的動物模型，也為製備其它神經退行性疾病大動物模型提供了技術範本和理論依據，這也是國際上首次建立了與神經退行性病人突變基因相似的大動物模型。

來源：暨南大學、澎湃新聞、生物通

本周科研進展

1.3月29日，《細胞》雜誌發表了中國工程院院士曹雪濤團隊等的研究論文，團隊在晚期癌症腫大的脾臟中發現了一種全新的紅細胞樣細胞亞群TerTer-cells，並證明它通過分泌神經營養因子Artemin促進癌症惡性進展。

2.3月28日，國際學術期刊Nature Communications報道，美國研究人員通過對乳腺癌和胰腺癌病人骨髓樣本中cDC祖細胞進行了分析，他們發現乳腺癌和胰腺癌能夠誘導cDC1的祖細胞減少，表明腫瘤能夠通過影響cDC的發育過程，躲避免疫監視，

3.3月27日，研究人員建立了化學藥物誘導和表達KRASG12D的KRAS突變肺腺癌小鼠模型中，發現對於肺腺癌發育過程來說，IKKα是一個重要的促腫瘤因素。

4.3月28日《Science Translational Medicine》發表了José Antonio Enríquez博士領導的一項研究，發現當心臟承受壓力時，線粒體蛋白酶OMA1，被激活，而抑制OMA1，能保護心肌，預防心肌死亡，阻止心肌功能惡化。

5.科學家在最具攻擊性的癌症亞型中發現了癌細胞的關鍵特徵：中心粒的數量和大小出現異常增加。這些特徵可能有助於臨床醫生更好地抗擊相關疾病。

6.《Nature Communications》報道貝勒醫學院及德克薩斯大學MD Anderson癌症中心的研究人員發現p53的突變R175H調節了卵巢癌細胞的生長，而這一信號受到了USP15蛋白的調節。

7.近日，Biological Psychiatry發表文章發現，重度抑鬱人群中，男性和女性竟然有著相反的基因表達，即兩性之間抑鬱症的遺傳基礎可能存在根本性的差別。

8.來自Salk研究所的科學家們證實，雌性小鼠的育兒方式真的能改變後代的DNA，並影響大腦神經元的遺傳多樣性，這項成果支持了先前關於「兒童環境如何影響人類大腦發育」的相關研究。

9.Cell發表的一項新研究中，來自美國哈佛醫學院和布萊根婦女醫院等研究機構的研究人員發現了數百個癌症驅動基因，並揭示不同類型的組織對這些基因具有顯著不同的敏感性。

10.近日，Genetics in Medicine上發表文章，來自Ambry Genetics的研究人員對DTC檢測結果進行了準確度分析，發現目前DTC檢測結果約40％是假陽性。

新發表文

【腫瘤】

1.EPAS1 Mutations and Paragangliomas in Cyanotic Congenital Heart Disease. New England Journal of Medicine, 2018,Mar 29

2.Leucine Zipper-Bearing Kinase Is a Critical Regulator of Astrocyte Reactivity in the Adult Mammalian CNS. Cell Reports, 2018, Mar 27

3. Breast and pancreatic cancer interrupt IRF8-dependent dendritic cell development to overcome immune surveillance.Nature Communicationsvolume, 2018,Mar 28

4. Transketolase regulates the metabolic switch to control breast cancer cell metastasis via the alpha-ketoglutarate signaling pathway. Cancer Research,2018,Mar 29

5.ΙκΒkinaseαis required for development and progression of KRAS-mutant lung adenocarcinoma. Cancer Research,2018,Mar 27

6. Young adult cancer: Influence of the obesity epidemic. Obesity, 2018,Mar 26

7. Precise Cas9 targeting enables genomic mutation prevention. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018,Mar 19

8. Killer T cells show their kinder side. Nature, 2018,Mar 26

9. BIABooster: Online DNA Concentration and Size Profiling with a Limit of Detection of 10 fg/μL and Application to High-Sensitivity Characterization of Circulating Cell-Free DNA. Analytical Chemistry, 2018,Mar 2

【微生物】

1. Small Interfering RNA-Mediated Control of Virus Replication in the CNS Is Therapeutic and Enables Natural Immunity to West Nile Virus. Cell Host & Microbe, 2018,Mar 29

2. Investigating Colonization of the Healthy Adult Gastrointestinal Tract by Fungi. mSphere, 2018 Mar 28

3. A conserved transcriptional response to intranasal Ebola virus exposure in nonhuman primates prior to onset of fever. Science Translational Medicine, 2018,Mar 28

4. Destabilizing mutations encode nongenetic variation that drives evolutionary innovation. Science, 2018,Mar 30

5. Gut microbial RNA and DNA analysis predicts hospitalizations in cirrhosis. JCI Insight, 2018，Mar 8

【其他】

1.A Huntingtin Knockin Pig Model Recapitulates Features of Selective Neurodegeneration in Huntington』s Disease. Cell, 2018,Mar 29

2.Structural Basis of Transcription Inhibition by Fidaxomicin (Lipiarmycin A3). Molecular Cell, 2018,Mar 29

3. Fluorescent label-free quantitative detection of nano-sized bioparticles using a pillar array. Nature Communications, 2018 Mar 28

4.Targeting of non-lipidated, aggregated apoE with antibodies inhibits amyloid accumulation. Journal of Clinical Investigation, 2018,Mar 26

5.Clock-dependent chromatin topology modulates circadian transcription and behavior. Genes & Development, 2018

6.Association between single nucleotide polymorphisms in TLR4 , TLR2 , TLR9 , VDR , NOS2 and CCL5 genes with acute viral bronchiolitis. Gene, 2018,Mar 2

7.Early life experience drives structural variation of neural genomes in mice. Science, 2018, Mar 23

8.Mutant ataxin1 disrupts cerebellar development in spinocerebellar ataxia type 1. Journal of Clinical Investigation, 2018,Mar 13

9.Simultaneous single-cell profiling of lineages and cell types in the vertebrate brain.Nature Biotechnology,2018,Mar 28

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