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、     

灵长类动物基因编辑技术研究进展

灵长类动物因与人类在遗传、生理和神经功能上的高度相似性而使其在生物医学研究领域中占有非常重要的地位。构建人类疾病的灵长类动物模型,是研究疾病发病机理和探索潜在治疗手段的重要途径,而通过基因编辑的方法获得灵长类动物模型是研究一些遗传性疾病最可靠的方法。灵长类动物基因编辑技术先后经历了传统的转基因和精准基因打靶两个时代。对近年来灵长类动物基因编辑研究进行综述,重点介绍最新的利用核酸酶技术进行精准基因编辑的研究进展。     

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.     

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。     

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。     

《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。     

平顶猴在HIV/AIDS动物模型中的应用及研究进展

非人灵长类动物模型在HIV-1致病机制研究以及抗AIDS药物和疫苗研发中具有重要作用。由于缺乏HIV-1直接感染的动物,SIV/SHIV猕猴模型是目前AIDS研究中应用最为广泛的动物模型。虽然SIV/SHIV猕猴模型与人AIDS具有一定的相似性,但SIV/SHIV与HIV-1间的遗传差异较大,致使SIV/SHIV猕猴模型存在很多局限性。创建合适的非人灵长类动物模型仍然是HIV/AIDS研究中的热点和难点。平顶猴是目前唯一可以被HIV-1感染的旧大陆猴,在HIV-1静脉传播和性传播模型研究中具有许多优势。该文综述了SIV、HIV、SHIV和HSIV通过静脉和黏膜途径感染平顶猴的特征,并简要介绍了病毒在平顶猴细胞中复制的分子机制以及建立平顶猴AIDS模型的限制因素和前景。     

遗传修饰猪模型在生物医学及农业领域研究进展及应用

猪在解剖结构、代谢、生理生化等特征方面比啮齿类动物更接近人类,因此在模拟某些人类疾病以及提供异种移植器官等方面具有其他动物不可替代的优势,是理想的人类疾病动物模型和异种器官的供体。另外,猪作为我国畜牧业最重要的物种之一,猪的品种改良、疫病防控以及动物福利等问题都与人民生活息息相关。本文主要介绍了遗传修饰猪模型在分子育种、人类疾病模型以及异种器官移植领域的研究进展及未来应用前景,希望增进相关领域研究人员对基因编辑等前沿技术的了解,理解遗传修饰猪模型在生命科学研究中的重要意义。     

灵长类动物的基因定向修饰——记运用CRISPR/Cas9技术获得基因定向敲除食蟹猴

早在2001年1月,美国科学家在Science上报道了世界上第一只转基因恒河猴,他们利用慢病毒转染法成功地将绿色荧光蛋白(GFP)转入恒河猴早期胚胎,并通过胚胎移植获得了GFP整合和表达的转基因猴ANDi,这是转基因技术在非人灵长类上的首次成功尝试。2008年,Shang-Hsun Yang等人成功构建出了亨廷顿疾病(HD)的转基因恒河猴模型,作者将84个CAG重复序列连接到人HTT基因第一个外显子上,并将其包装成高滴度的慢病毒粒子(滴度109 PFU/mL)后,在卵母细胞带下注射病毒后再进行单精注射受精和胚胎移植,成功得到了第一个转基因非人灵长类疾病模型。然而,通过慢病毒介导的方式产生的转基因动物,外源基因的随机插入使得它的表达和功能的实现具有一定的不确定性。在灵长类动物中,由于技术限制无法通过与大小鼠同样的技术路线获得精确基因修饰的动物。以TANLENs、CRISPR/Cas9技术为代表的人工核酸酶介导的基因组编辑技术的诞生,使得在灵长类动物中实现精确基因修饰成为可能。季维智研究员团队与南京医科大学沙家豪教授和南京大学黄行许教授团队密切合作,成功运用Crispr/Cas9技术获得了世界上首例基因定向敲除食蟹猴,证实了CRISPR/Cas9系统可以在灵长类动物中很好地工作,并产生活体动物。这为灵长类疾病动物模型的发展奠定了良好的基础。     

非人灵长类肿瘤模型研究进展(英文)

癌症是人类第二大致死的疾病。将体外细胞模型获得的癌症研究结果向临床转化过程中,动物活体实验是必不可少的一个环节。现在的肿瘤活体实验绝大部分采用啮齿类实验动物如小鼠和大鼠,这是因为它们具有个体小、繁殖迅速、遗传背景清楚、转基因技术成熟等优势。但是啮齿类和人的亲缘关系比较远,许多从啮齿类动物模型获得的研究结果不能在人体重现。非人灵长类动物在遗传进化、免疫、生理和代谢等诸多方面与人类高度近似,理论上更加适合癌症研究。本文对现有的非人灵长类肿瘤研究做一综述,主要集中介绍用化学和生物致癌剂在不同的非人灵长类动物诱导肿瘤的研究,为将来用非人灵长类动物研究人类癌症奠定基础。     

熊猴存在TRIM5/TRIMCyp杂合子基因型

缺乏合适的动物模犁是制约艾滋病研究取得重大突破的关键瓶颈之一.细胞内的抗病毒蛋白被称为限制因子.研究不同灵长类动物抗HIV-1宿主限制因子的存在形式及作用机制对建立合适AIDS灵长类动物模型有十分重要的意义.TRIM5α是哺乳动物细胞中一种重要和关键的限制因子,它以物种依赖的方式限制包括HIV-1在内的逆转录病毒的感染.TRIM5-CypA融合基因是存在于新大陆猴与旧大陆猴中的一种独特的TRIM5基因形式.为了研究不同灵长类动物TRIM5基因的存在方式,该文对熊猴、藏婀猴、红面猴及中闰恒河猴4个物种共110只灵长类动物进行了TRIM5-CypA融合模式的研究.首次发现熊猴也存在TRIM5-CypA基因融合现象.熊猴TRIMCyp融合基因形成模式类似于北平顺猴TRIMCyp融合基因模式,即CypA假基因的cDNA序列通过逆转座方式插入到TRIM5基凶的3'-UTR区域.基因序列分析表明,该基因与北平顶猴相应基因序列高度相似;并且其TRIM5内含子6的3'-剪接位点也相应存存G-to-T突变现象(G/T).这提示熊猴也极有可能像北平顶猴一样表达TRIM5-CypA融合蛋白,从而导致熊猴可能跟北平顶猴一样可能被HIV-1感染.因此,熊猴极有希望成为一种新的HIV/AIDS灵长类动物模型.     

非人灵长类动物种质冷冻保存研究进展和展望

非人灵长类动物是生物多样性的重要组成部分,也是生物医学研究的珍贵实验动物,然而,由于人类活动、栖息地破坏、狩猎和遗传隔离等原因,许多非人灵长类动物的野生种群数量急剧下降,甚至处于灭绝的边缘。种质冷冻保存对拯救非人灵长类动物和保存遗传物质资源具有重要意义。本文综述了新大陆猴、旧大陆猴和巨猿等类群动物精子、卵子、胚胎和性腺组织等种质冷冻保存的研究进展,介绍了狨猴、松鼠猴、恒河猴、食蟹猴和黑猩猩等种质冷冻保存的主要方法,并对未来种质冷冻保存的研究方向进行了讨论。     

灵长类动物中TRIMCyp融合基因模式及对逆转录病毒复制的限制作用

TRIM5-CypA融合基因(TRIMCyp)是一种独特的TRIM5基因形式。迄今已发现新大陆猴中包括鹰猴在内的夜猴属所有代表种,以及在北平顶猴、巽他平顶猴、食蟹猴、印度恒河猴和熊猴等旧大陆猴中均存在这种基因融合现象,但在新大陆猴与旧大陆猴中的TRIMCyp融合基因的基因融合模式和表达剪接方式不同。新大陆猴TRIMCyp融合基因是由CypA假基因的cDNA序列通过LINE-1逆转座子介导的逆转座方式插入至TRIM5α基因的第7和第8外显子之间的内含子中形成,而旧大陆猴TRIMCyp融合基因则是由CypA假基因的cDNA序列以相似的逆转座方式插入至TRIM5基因的3’非翻译区(untranslatedregions,UTR)形成。TRIMCyp融合基因在不同灵长类动物中的存在比例、基因型、TRIMCyp融合蛋白的表达以及对逆转录病毒的限制活性均有所差异。鹰猴和平顶猴的TRIMCyp融合基因研究较多,鹰猴TRIMCyp融合蛋白可能以与TRIM5α相似机制限制HIV-1的感染,而平顶猴TRIMCyp融合蛋白则丧失了限制HIV-1的作用。这两个功能截然不同的融合基因为TRIM5α作用机制研究提供了难得的实验材料,也为建立HIV-1感染的新型灵长类动物艾滋病模型奠定了科学依据。该文综述了TRIMCyp融合基因在灵长类动物中的分布、存在形式及其限制逆转录病毒复制的作用机制等方面的研究情况。     

非人灵长类动物模型在女性不孕症研究中的运用

不孕症是当今影响人类生活和健康的三大主要疾病之一,中国最新的统计数据显示女性不孕症的发病率已高达18%。虽然已经发现了许多不孕症的潜在致病基因,但尚不清楚不孕症的分子机制以及致病通路。动物模型是研究人类疾病不可缺少的实验工具。非人灵长类动物(non-human primates, NHPs)模型是与人亲缘性最高的动物模型,其中猕猴和食蟹猴是实验室最常用的非人灵长类动物模型,与人类约有95%以上的基因同源性,且与人类生殖特征、生殖周期等极其相似。相较于小鼠、大鼠等不能完全代表不孕症临床表型的模式生物来说,NHPs模型是研究不孕症的最佳选择。该文就NHPs模型在女性不孕症中的运用进行了总结,进一步对NHPs模型的应用提出一些思考,望为生殖健康的相关研究提供参考。     

非人灵长类动物在病毒感染模型中的研究进展

动物疾病模型作为研究人类疾病的中介,在医学研究中发挥着巨大的作用.非人灵长类动物与人类的免疫学和生理学相似性,使非人类灵长类动物模型在研究病毒发病机理、免疫力、疫苗和药物抗感染功效等方面具有重要价值,对研究人类病毒感染性疾病以及新型病毒如SARS-CoV-2的治疗和预防发挥着不可或缺的作用.本文主要介绍了非人灵长类动物...     

恒河猴在生殖生物学中的应用进展

目的非人灵长类动物在生殖生物学研究领域是一种非常重要的实验动物。人类利用非人灵长类动物与人的生物学等方面相似的特征,开展了生殖生物学、生理学、药理学、毒理学以及生育调节等方面的研究工作,为生殖生物学基础研究以及人类健康和疾病问题的基础研究和临床前研究提供了理想的动物模型。随着生命科学的发展,对非人灵长类实验动物质量提出了更高的要求,人们认识到实验时,应用健康的优质非人灵长类动物的重要性。本文简要概括了非人灵长类动物恒河猴的生物学特性,阐述了非人灵长类动物恒河猴在生殖生物学中的应用研究。     

综述与专论: 灵长类动物在人类神经系统疾病动物模型中的应用

灵长类动物遗传、行为、认知、生理、生化和解剖结构等生物学特性更接近人类,具有其他实验动物无法替代的高级脑功能结构及神经活动的优势,是研究人类神经系统疾病理想的模式动物,研究的结果更容易推广应用到人类。常被用来建立神经退行性疾病、精神性疾病等疾病的动物模型,研究其发病机制、病程的发生发展及治疗药物等,为人类神经科学及相关医学研究做出了不可替代的贡献。本文综述了近年来国内外灵长类动物在人类神经系统疾病动物模型研究中的应用进展,分析了该领域目前存在的困难和问题,探讨了未来的一些研究方向,以期为神系统经疾病的深入研究提供思路。     

代谢病相关的遗传工程小鼠模型

糖尿病及肥胖症等代谢性疾病已成为影响人类健康的主要疾病,属于多基因所致的代谢综合征,遗传模式复杂多样,至今仍所知甚少。理想的实验动物模型是我们深入了解代谢病病因、遗传及环境因素的必要工具,并且可以用来研究验证新的治疗药物。近年来,已经获得了大量的遗传工程动物模型,包括转基因、基因敲除模型等遗传工程动物,对于代谢性疾病的研究意义重大。本文主要介绍近年来应用较多的糖尿病及肥胖相关的遗传工程小鼠模型遗传特征及应用。     

基因敲除小鼠在疾病研究中的应用

人类疾病动物模型在揭示人类疾病的发生机制或建立治疗方法中具有极重要的作用。然而,许多疾病难以用人工诱发的方法制造动物模型,还有许多疾病在实验动物身上不发生,而难以通过自发或人工定向培育的方法获得动物模型。基因敲除技术的出现,为人类精确地研究基因与疾病的直接关系提供了可能,而且可以在个体发生的每个阶段中进行遗传功能的分析。综述了基因敲除小鼠模型在几种疾病研究中的研究与应用及其发展前景。     

急性髓系白血病相关基因的DNA甲基化

急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是异质性造血干细胞恶性克隆性疾病,主要表现为外周血、骨髓以及其他组织中的原始细胞克隆性扩增。近年来,AML发病率呈逐年增加的趋势,对人类健康产生巨大的威胁。在不同种族及不同性别中,AML发病率及死亡率存在显著差异。AML是一种复杂疾病,与遗传突变及异常表观遗传修饰密切相关。DNA甲基化是重要的表观遗传修饰,AML相关基因的异常DNA甲基化修饰对疾病的发生发展极其重要。该文对AML相关基因的异常甲基化修饰进行了系统的作用机制分析,并对重要基因进行了功能分类。该文总结的具有异常DNA甲基化修饰的基因,有望辅助预测AML的治疗及预后效果,并为设计个体化AML治疗方案提供全新的思路。