MEK抑制剂PD0325901显著提高猪胎儿成纤维细胞ssODN介导的HDR效率

基因组DNA发生双链断裂(double strand break, DSB)后主要通过同源定向修复(homologous-directed repair, HDR)和非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)两种途径进行修复,其中单链寡聚核苷酸(single-stranded oligodeoxyribonucleotide, ssODN)介导的同源定向修复是动物基因组常用的基因组定点修饰技术,具有较大的科研和应用价值。为提高猪基因组ssODN介导HDR效率,本研究以猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts, PFFs)为研究对象,利用丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase, MEK)抑制剂PD0325901培养细胞,研究其对HDR效率的影响及作用分子机理。结果显示,PD0325901能显著提高PFFs的G_2期和S期细胞群百分比,减少G_1期细胞群比率,促进HDR修复因子的表达。在最适浓度250 nmol/L时,PD0325901使ssODN介导的GFP报告载体的修复效率提高了58.8%;同时使PFFs基因组位点DMD和ROSA26定点修饰效率分别提高了48.16%和17.64%。本研究表明,MEK抑制剂PD0325901能显著提高猪基因组ssODN介导的同源定向修复效率,为高效制备定点基因修饰动物模型提供了新思路。     

组蛋白H3K27me3对骨骼肌发育调控研究进展

组蛋白甲基化是发生在核小体核心组蛋白各亚基N-端肽链的一种修饰方式。在组成核小体的4种亚基中,H3亚基N-端肽链第4、9、27、36和79等位点的赖氨酸为甲基化热点,甲基化类型包括一、二、三甲基化(mono-, di-, tri-methylation)。H3K27me3是发生在组蛋白H3亚基第27位赖氨酸的三甲基化,主要发挥转录抑制的作用,参与骨骼肌的发育调控。研究表明,H3K27me3能够与骨骼肌增殖和分化的关键转录因子(如MyoD和MyoG等)及细胞周期蛋白特异性结合,并与其他表观遗传调控因子lncRNA及miRNA等互作,对骨骼肌的增殖和分化时间以及程度进行精细调控。本文系统介绍了组蛋白甲基化的类型以及H3K27甲基化和去甲基化的生物学过程,总结了目前已报道的H3K27me3在骨骼肌成肌细胞增殖和分化过程中发挥的作用,以期辅助科研工作者了解H3K27me3在骨骼肌发育过程中的作用,以及为进一步提高哺乳动物肌肉品质提供参考。     

利用CRISPR/Cas9系统建立Xist基因敲除猪模型

体细胞核移植技术在家畜良种繁育、基因修饰动物生产、濒危动物的拯救和人类疾病的治疗等领域具有重要的应用价值,但目前克隆动物生产效率较低,平均不超过5%。低下的克隆效率极大地限制了该技术的快速发展。在影响克隆猪生产效率的诸多因素中,X染色体的异常失活是导致克隆效率低下的重要原因,而与X染色体失活密切相关的一个重要基因是Xist基因,这表明Xist基因可能直接或间接地影响猪的克隆效率。本文以CRISPR/Cas系统为基础,在Xist基因上设计5个CRISPR/Cas系统打靶位点,并筛选出有效的Target 3、Target 4 sgRNA,在细胞水平切割效率为1%和3%,在胚胎水平为75%和85.7%。同时将有效的sgRNA体外转录并显微注射至胚胎体内,发现Target 3和Target 4组合效果最好,敲除效率为100%。通过胞浆注射和胚胎移植方法生产出6头克隆猪,有2头活仔实现完全敲除。本文成功建立Xist基因敲除猪模型,为后续通过敲除猪Xist基因提高克隆效率的研究奠定了基础。     

RNA干扰猪NHEJ通路修复因子对HR效率的影响

非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ)是动物基因组DNA双链断裂(double-strand break, DSB)修复的优选途径,通过与同源重组(homologous recombination, HR)竞争DSB靶点,进而抑制HR的效率。为提高HR效率,本研究针对猪NHEJ通路修复关键因子PNKP、LIG4和NHEJ1的编码序列,设计并合成相应的靶向小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA),组成若干对RNAi (RNA interference)系统,将RNAi系统与报告质粒SSA-GFP reporter、HDR -GFP system和ssODN-GFP system共转染至猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts, PFFs),检测敲低上述NHEJ关键修复因子后对HR的影响。RNAi结果显示,针对PNKP、LIG4和NHEJ1设计的siRNA均可显著敲低PNKP、LIG4和NHEJ1基因的表达(P<0.05)。选择干扰效果最好的siRNA与报告载体共转染PFFs,结果表明干扰PNKP基因表达后可显著提高单链退火(single strand annealing, SSA)修复效率、双链或单链DNA介导的同源重组定向修复(homology-directed repair, HDR)效率分别为55.7%、37.4%和73.1% (P<0.05),而干扰LIG4和NHEJ1分别提高双链和单链介导的HDR效率为37.5% 和 76.9% (P<0.05)。     

不同电转仪的电转参数、质粒用量和拓扑结构对猪胎儿成纤维细胞转染效率的影响

为获得猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts, PFFs)最佳的电转染效率,本研究利用荧光激活细胞分选技术(fluorescence activated cell sorting, FACS)辅助优化NEPA 21和Nucleofector? 2b两种电转仪电转染PFFs细胞的参数,比较不同质粒用量和拓扑结构在ECM^? 830、NEPA 21和Nucleofector? 2b中的转染效率。结果显示：NEPA 21电转PFFs的最佳穿孔参数为脉冲电压200 V,脉冲长度3 ms,脉冲间隔50 ms,脉冲次数3次,脉冲电压衰减幅度10%;Nucleofector? 2b在U-023的转染参数下达到最高转染效率。ECM^? 830和Nucleofector? 2b的最适质粒用量都为10 μg,而NEPA 21为8 μg;超螺旋质粒比线性化质粒的转染效率更高,且3种仪器中Nucleofector? 2b转染效果最佳。本研究综合考虑电转仪、电转参数、质粒用量和拓扑结构的影响因素以优化PFFs的电转条件,为高效制备转基因猪及基因编辑猪的研究奠定基础。     

性别及日龄对转人神经生长因子基因小鼠唾液中蛋白分泌的影响

神经生长因子(Nerve growth factor,NGF)是一种能促进神经元发育、分化、再生的蛋白。为高效生产药效更佳的人源NGF (hNGF)药物,最近,笔者实验室构建出唾液腺特异表达hNGF的转基因小鼠,并从该转基因小鼠唾液中纯化获得具有高生物学活性的h NGF蛋白。为了选择性别和日龄最适宜的转hNGF基因小鼠用于收集纯化hNGF蛋白,文中比较了28日龄(性成熟前)雄性、雌性,63日龄(性成熟后)雄性、雌性转hNGF基因小鼠,共4组转hNGF基因小鼠分泌的唾液量、唾液总蛋白量、唾液鼠源NGF (mNGF)蛋白量和唾液h NGF蛋白量等指标。结果显示,63日龄的转hNGF基因小鼠分泌的唾液量、唾液总蛋白量、唾液mNGF蛋白量和唾液hNGF蛋白量显著高于28日龄同一性别的转hNGF基因小鼠,且63日龄的雄性转hNGF基因小鼠分泌的唾液hNGF蛋白量显著高于同一日龄的雌性转hNGF基因小鼠;在4组小鼠中,63日龄的雄性转hNGF基因小鼠分泌的唾液hNGF含量最高,比28日龄雌性转hNGF基因小鼠高出约46倍,最适宜用于收集唾液并从中纯化hNGF。     

CRISPR/Cas13系统敲减HEK293T细胞ku70和lig4基因表达

成簇的规律间隔的短回文重复序列(Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats,CRISPR)/CRISPR相关蛋白(CRISPR-associatedproteins,Cas)系统是目前基因编辑、基因表达研究的热点,其中靶向RNA的CRISPR/Cas13系统的开发为RNA的干扰和编辑提供了新的方向。文中针对HEK293T细胞非同源末端连接(Nonhomologousendjoining,NHEJ)通路修复关键因子Ku70和Lig4的编码序列,设计并合成CRISPR/Cas13a、b系统相应的gRNA,检测其对ku70和lig4基因表达的影响。结果显示,Cas13a对ku70和lig4的RNA敲减效果可以达到50%以上,Cas13b对ku70和lig4的RNA敲减效果分别达到92%和76%;同时Cas13a、b系统能将Ku70和Lig4蛋白水平分别下调至68%和53%。CRISPR/Cas13系统可有效敲减HEK293T细胞RNA和蛋白质表达,为基因功能和调控研究提供一种新的策略。     

克隆哺乳动物的胎盘发育缺陷

克隆又称体细胞核移植(Somatic cell nuclear transfer, SCNT),该技术已在多种哺乳动物中成功建立并被逐渐应用。然而,利用该技术获得的哺乳动物克隆胚胎的发育效率非常低(一般只有1%~5%),这严重限制了克隆技术的应用。胎盘发育缺陷被认为是抑制克隆胚胎发育的一个主要原因。几乎所有的SCNT来源胎盘都会出现不同的发育缺陷,如胎盘增生、胎盘血管缺陷、脐带畸形等。胎盘异常的根本原因是滋养层细胞基因组在发育过程中未能建立正确的表观遗传修饰,导致胎盘发育调控相关的重要基因,特别是印迹基因的表达出现异常。印迹基因表达异常导致胎盘的形态异常和功能缺陷,进而影响克隆胚胎的发育能力。目前,虽然有许多提高克隆胚胎发育能力的研究报道,然而在大多数研究中克隆效率并没有得到大幅度的提高,主要原因之一是克隆胚胎的胎盘发育仍然存在诸多缺陷。本文综述了克隆哺乳动物的胎盘异常及其印迹基因表达,并对未来提高克隆效率的研究提出展望。     

动物基因组定点整合转基因技术研究进展

传统转基因技术,如显微注射、转座子、慢病毒转染等将目的基因插入基因组内的整合方式是随机的,这些随机整合对后期转基因动物品系组建和育种带来诸多不利,因此有研究人员提出了定点整合转基因技术。目前该技术的定点整合效率非常低,主要取决于两个方面：一是靶位点产生DNA双链断裂(double-strand break, DSB)的效率;二是断裂后的靶位点与携带同源臂及外源基因的供体质粒发生同源重组的效率,其中同源重组修复(homologous recombination repair, HDR)是基因组定点整合最为依赖的修复机制。靶位点产生DSB后,机体的DNA修复既可能发生HDR,也可能发生非同源末端连接(nonhomologous end joining, NHEJ),并且两者之间存在竞争关系,因此激活HDR或抑制NEHJ都可提高定点整合转基因的效率。本文结合影响定点整合的因素,对提高定点整合效率最新探索方面进行了综述。     

过表达组蛋白H3K9me3去甲基化酶对猪克隆胚胎发育的影响

组蛋白异常修饰是克隆胚胎发育的重要制约因素，组蛋白H3K9me3去甲基化酶KDM4家族的过表达可以有效提高克隆胚胎的发育效率。为探究过表达H3K9me3去甲基化酶对猪克隆胚胎发育的影响，本研究在猪克隆胚胎1-细胞期和2-细胞期分别注射KDM4A mRNA和KDM4D mRNA检测胚胎的囊胚率；收集1-细胞期注射KDM4A mRNA和胚胎注射水(对照组)的2-细胞期克隆胚胎检测H3K9me3表达水平；此外，收集1-细胞期注射KDM4A mRNA和胚胎注射水的4-细胞期克隆胚胎进行单细胞转录组测序，并对测序数据进行GO与KEGG富集分析。结果显示：在1-细胞期注射KDM4A mRNA的猪克隆胚胎囊胚率显著高于对照组(25.32±0.74%vs14.78±0.87%)，注射KDM4D mRNA对猪克隆胚胎囊胚率无明显作用(16.27±0.77%vs 14.78±0.87%)；在2-细胞期注射KDM4A mRNA和KDM4D mRNA的克隆胚胎囊胚率与对照组相比均无显著差异(32.18±1.67%、30.04±0.91%vs 31.22±1.40%)。在1-细胞期注射KDM4A mRNA的克隆...