非人灵长类动物基因编辑技术的应用及挑战

建立有效的动物模型是研究人类疾病演进、开发新型治疗手段的重要方法。非人灵长类动物在进化发育、生理生化及病理方面和人类最接近,是研究人类疾病的理想动物模型。随着基因编辑技术的发展,研究者已经成功建立了多种模仿人类疾病的非人灵长类动物模型。但是CRISPR/Cas9的脱靶效应、嵌合突变以及基因敲入效率较低等突出问题也逐渐引起重视。本文综述了基因编辑技术在建立非人灵长类动物模型中的应用现状,提出了目前亟需解决的难点和应对策略,以期为高效、准确构建非人灵长类动物模型提供借鉴与参考。     

非人灵长类胚胎工程研究进展

由于非人灵长类动物与人类在进化上的亲缘关系和生理特征上的高度相似,它们在人类传染病、生殖、发育、代谢、神经和衰老等研究领域具有重要的应用价值。现对非人灵长类动物的常见胚胎工程技术进行综述,包括非人灵长类动物的配子收集、体外受精和胚胎移植等;同时,还结合基因组编辑技术的发展,简要介绍了近年来胚胎工程技术在非人灵长类动物基因编辑方面的应用。     

狨猴生殖工程与基因修饰研究进展

人类疾病相关基因修饰动物模型已成为研究人类疾病分子机理和治疗靶点的重要途径和材料.狨猴是最小型实验灵长类动物,其体型小、繁殖快、遗传进化及生理生化方面与人类接近,是人类疾病动物模型研究的理想实验动物之一.因此,利用高效的生殖工程技术和基因编辑技术创制基因修饰狨猴具有巨大的生物医药价值.本文就狨猴生殖工程技术和基因修饰进行综述,旨在开拓人类疾病动物模型,推动疾病机理和新药创制的突破性发展.     

通过CRISP刚Cas9和TALENs介导的基因打靶技术获得基因修饰的猴模型

1研究背景 灵长类动物,如猕猴和食蟹猴,在遗传和生理特性上与人类具有很高的相似性,是研究人类疾病、发育和临床前治疗等方面最为理想、有时甚至是唯一的实验动物。通过遗传修饰的方法获得灵长类动物模型对探讨疾病的致病机理和治疗有重大的意义,因此科学家一直在努力构建理想的灵长类动物模型。来自美国、     

非人灵长类基因修饰模型研究进展

非人灵长类动物在生命科学基础研究和生物医药研究领域具有非常重要的地位。近年来随着慢病毒载体转染及靶向核酸酶(ZFN,TALEN,CRISPR/Cas9)等基因操作技术的出现,科学家们成功地获得了外源基因过表达的转基因猴和目的基因定点切割的基因编辑猴。文中对目前利用慢病毒载体获得转基因猴和利用靶向核酸酶获得基因编辑猴的研究进展进行了综述,并讨论了基因修饰猴的嵌合体现象、脱靶现象及非人灵长类动物较长性成熟时间这几个影响非人灵长类基因修饰模型推广应用的因素,最后展望了非人灵长类基因修饰模型构建技术的研究热点及发展趋势。     

基因组编辑技术在干细胞疾病模型建立和精准医疗中的应用

精准医疗强调针对不同个体定制个性化治疗方案,其推行需要精准疾病模型的建立。人类干细胞因其具有多能性而成为体外不同类型的成体细胞和器官小体的潜在来源,其强增殖能力保证了充足原材料用于科研分析和大规模药物筛选。基因组编辑技术(尤其是CRISPR/Cas9技术)的快速发展使得在人多能干细胞和成体干细胞中进行高效基因组编辑成为可能。两者的有效结合能建立起针对不同遗传致病背景的“个性化”疾病模型,有利于深入解析不同遗传突变的致病机制和开发高针对性的精准医疗方案。本文对基因组编辑技术在人类干细胞中的应用以及利用干细胞疾病模型模拟罕见病和肿瘤发生的研究进行了综述。     

通过CRISPR/Cas9和TALENs介导的基因打靶技术获得基因修饰的猴模型

<正>1研究背景灵长类动物,如猕猴和食蟹猴,在遗传和生理特性上与人类具有很高的相似性,是研究人类疾病、发育和临床前治疗等方面最为理想、有时甚至是唯一的实验动物[1]。通过遗传修饰的方法获得灵长类动物模型对探讨疾病的致病机理和治疗有重大的意义,因此科学家一直在努力构建理想的灵长类动物模型。来自美国、日本和中国的科学家们先后获得了利用逆转录病毒或慢病毒介导的转基因猴[2-5],但这些通过外源基因的随机插入和过量表达来实现对基因组的修饰,无法对确定的目的基因进行修饰和控制,所获得的动物模型具有一定的局限性和不确定性。最近发展起来的锌指核酸酶(zinc-finger nucleases,ZFNs)、转录激活因子样     

基因组编辑技术在精准医学中的应用

基因组编辑技术的飞速发展,尤其是近年来CRISPR/Cas9基因组编辑体系的出现,使得研究人员能高效地在细胞系和动物模型中对基因组进行精确编辑。基于基因组编辑技术的各种实验研究平台被相继开发,包括通过在细胞系中引入疾病相关突变位点建立疾病模型,通过高通量筛选寻找导致肿瘤耐药性的突变基因,通过体内原位靶向致病基因并修改突变进行基因治疗等。这些基因组编辑技术研究平台极大推动了精准医学研究领域的发展。本文对基因组编辑技术在精准医学领域的基础研究、转化应用、目前存在的问题以及未来发展的方向进行了讨论。     

利用人工核酸酶构建基因编辑猪的研究进展

猪不仅具有重要的农业生产价值,由于猪繁殖周期比灵长类动物短,产仔量多,以及猪器官大小、生理代谢过程和解剖结构,尤其是心血管系统及神经系统较啮齿类动物而言与人类更为接近,猪在生物医药领域也具有重要的用途。对猪基因组加以编辑,在农业上可以加速高生产性能猪新品种的培育;在生命科学领域可用于基因功能、胚胎发育及代谢过程等基础研究;在医学上,可提供与人体更为匹配的异种移植器官,可作为更能准确模拟人类疾病的大动物模型,用于新的药物和治疗手段的开发。人工核酸酶的出现,使基因编辑效率得到大大提高,克服了原有的基因编辑猪制备困难、成功率极低的问题。人工核酸酶技术不仅在猪上实现了高效而又精确的基因编辑,并且使各种基因突变模式,如基因敲除、基因敲入、基因组无痕点突变、多基因编辑、体内直接基因编辑以及条件性基因编辑等都成为可能。现将对利用不同人工核酸酶技术结合不同的基因编辑策略建立基因编辑猪的研究新进展进行综述。     

基因编辑动物模型在人类疾病研究中的应用

近年来,随着以CRISPR/Cas9为代表的多种CRISPR系统的开发和不断改进,基因编辑技术逐渐完善,并广泛应用于人类疾病动物模型的制备。基因编辑动物模型为人类疾病的发病机理、病理过程以及预防和治疗等方面的研究提供了重要的素材。目前,用于人类疾病研究的基因编辑动物模型主要有小鼠、大鼠为代表的啮齿类动物模型和以猪为代表的大动物模型。其中啮齿类动物在机体各方面与人类差别较大,且寿命短,无法对人类疾病的研究和治疗提供有效评估和长期追踪;而猪在生理学、解剖学、营养学和遗传学等各方面与人类更接近,是器官移植和人类疾病研究领域重要的动物模型。文中主要介绍了基因编辑动物模型在神经退行性疾病、肥厚心肌病、癌症、免疫缺陷类疾病和代谢性疾病等5种人类疾病研究中的应用情况,以期为人类疾病研究及相关动物模型的制备提供参考。     

基于CRISPR/Cas9的精准基因编辑技术研究进展

基因编辑技术是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术。基于CRISPR/Cas9系统的精准编辑技术是一个操作方便、应用广泛的基因编辑技术,与传统的CRISPR/Cas9不同,精准基因编辑技术可以在不需要DNA模板的情况下对基因进行定点突变。本文重点介绍了近年来基于CRISPR/Cas9介导的精准基因编辑技术的发展,并深入分析了基因精准编辑技术面临的挑战和机遇。     

《灵长类动物与人类疾病模型专刊》导读

灵长类动物是人类的近亲,利用其创建人类疾病模型,比其它模式动物能更好地模拟人类疾病进程和病理机制,已成为研究人类疾病的最佳模式动物。同时,灵长类动物在转化医学中具有不可替代的作用。作为第3辑《灵长类动物与人类疾病模型专刊》,我们特别组织了平顶猴、猕猴、食蟹猴和树鼩等作为研究对象的稿件17篇。其中综述4篇,研究论文、报告和简报等13篇,尽可能地展现相关研究领域进展,以期推动该学科领域的持续发展,继续彰显本刊特色。     

人类胚胎单碱基编辑治疗遗传疾病的研究

基因编辑技术是当今生物学研究领域最为重要的颠覆性技术之一,以CRISPR/Cas9系统为核心的基因编辑工具被广泛应用于包括人类体细胞、生殖细胞编辑相关的医学研究领域。虽然CRISPR/Cas9系统可以高效编辑靶基因,但其精准编辑能力依赖于效率极低的同源重组方式,这极大限制了其定点编辑的能力与应用范围,所以寻找一种能高效引入点突变的新型基因编辑工具具有重大的应用价值。以CRISPR/Cas9系统为基础的单碱基编辑系统可以在基因组靶位点实现精准、高效的C/G和T/A碱基间的转换,其编辑能力已经在动植物、人体细胞以及人类胚胎中得到证实。利用单碱基编辑技术,有望对人类超过70%的相关遗传性致病位点进行修复。现就人类胚胎单碱基编辑治疗遗传疾病的最新研究进展进行综述和展望。     

金黄仓鼠在临床医学中的研究进展

动物模型是临床医学和新药研究的重要支撑条件。尽管小鼠模型应用广泛,但近年来的研究显示,小鼠并不能完全模拟人类疾病,亟需新的动物模型弥补小鼠在各类研究中的不足。相比于小鼠,金黄仓鼠(golden hamster, Syrian hamster),在生殖、肿瘤、病毒学、脂代谢及心血管疾病等研究领域均显示,其基因表达与人具有较高的相似性。随着基因编辑技术的进步,金黄仓鼠在临床研究中的应用得以进一步拓展。该综述重点探讨基因编辑金黄仓鼠在生殖医学、脂代谢及心血管疾病、传染病、肿瘤等研究领域的最新进展,阐明基因编辑金黄仓鼠模型在医学研究的应用,以助于更好地理解基因在人类健康和疾病中的作用。     

非人灵长类局部脑缺血动物模型研究现状

非人灵长类动物在种系发生上较啮齿类更接近于人类,用来制备局部脑缺血模型可以更好的拟合临床症状和机理。通过对国内外非人灵长类动物局部脑缺血模型的制备方法和应用现状进行收集、分类和述评,展望非人灵长类动物模型的应用前景,尤其是利用低等灵长类动物树鼩研究缺血性中风的优势。     

CRISPR/Cas9系统应用于早期胚胎编辑和基因治疗

CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9)系统具有高效、精确、操作难度较低等特点,是目前应用最为广泛的基因编辑工具。CRISPR/Cas9在构建模式动物突变体研究基因功能和构建人类疾病模型中有大量使用,但是由于相关伦理限制,在人类胚胎中进行基因编辑来探索治疗性胚胎编辑和研究人早期胚胎发育机制的研究发展较慢。人类胚胎发育机制与小鼠等模式动物的早期胚胎发育机制存在较大差异,过往在模式动物上研究的早期胚胎发育机制要在人类胚胎水平进行验证,对人类胚胎利用基因编辑工具进行直接研究越发必要,探索人类早期胚胎发育机制有助于相关发育疾病的研究与治疗。胚胎治疗性基因编辑可以实现对遗传疾病的彻底阻断,目前还处于初步探索时期,但是主要存在潜在脱靶和编辑后形成嵌合体两方面问题。相较而言,出生后个体水平的基因治疗目前发展较为快速,对遗传疾病和艾滋病等血液疾病有应用价值。现对CRISPR/Cas9近年来应用于人类胚胎编辑和基因治疗的内容进行了综述。     

CRISPR-Cas9技术在干细胞中的应用

成簇规律间隔短回文重复序列系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,associated RNA guided endonuclease Cas9(CRISPR-Cas9)是细菌或古细菌在长期演化过程中形成的抵御外来遗传物质的一种获得性免疫防御机制,其中II型CRISPR-Cas系统依赖Cas9核酸内切酶靶向剪切外源DNA。Cas9内切酶在向导RNA的指导下靶向性地剪切特定基因位点,已被广泛应用在不同种属的基因编辑研究中。利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的优势,结合现有干细胞研究技术,在小鼠、大鼠,甚至灵长类动物的功能基因组研究中,可以大幅提高各种基因修饰动物的获得效率,缩短获得的时间,从而快捷有效地研究基因功能;同时,可以建立包括灵长类疾病模型在内的多种动物疾病模型,促进生物医学的发展,造福人类。     

CRISPR/Cas9介导的斑马鱼基因敲入技术研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced palindromic repeats,CRISPR)及相关蛋白组成的CRISPR/Cas9系统作为细菌和古细菌一种适应性免疫防御体系,近年被用于多个物种的精准基因编辑。作为重要的脊椎动物发育生物学模式生物,斑马鱼具有发育快、易饲养、繁殖力强和胚胎透明易观察等众多优点,因此以斑马鱼为模型也开展了许多基于基因编辑的相关研究。相较于基因敲除高效的随机突变,精准基因敲入(knock-in,KI)的低效率一直是斑马鱼基因编辑领域的短板。本文综述了在斑马鱼中使用CRISPR/Cas9系统进行基因敲入的相关研究进展,为优化精准敲入效率以及建立斑马鱼疾病模型等方面提供借鉴。     

CRISPR/Cas9在人病毒感染相关疾病治疗研究中的应用*

病毒感染相关疾病严重威胁人类的健康,目前的抗病毒疗法难以治愈慢性病毒性感染引起的一些疾病,如获得性免疫缺陷综合征和乙型肝炎等,因此迫切需要新的治疗方法。可直接靶向遗传物质的基因编辑技术或将成为对抗病毒的有力工具。作为一种可编程的核酸酶介导的新型基因编辑技术,CRISPR/Cas9系统因其具有编辑效率高、操作简单、成本低、适用范围广等优点,而成功应用于多种人类相关疾病的研究中,也为病毒感染相关疾病的研究以及开发新的治疗方法提供了新的技术手段。主要对CRISPR/Cas9系统的作用机制以及在人类常见的病毒感染相关疾病治疗研究中的最新进展进行综述。