基因靶向改造技术的发展及其意义 ——解读2007年诺贝尔生理学或医学奖

瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会于2007年10月8日宣布将2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥.卡佩奇（MarioR.Capecchi）和奥利弗.史密西斯（OliverSmithies）、英国科学家马丁.埃文斯（MartinJ.Evans）,以表彰他们在建立利用胚胎干细胞进行小鼠基因靶向改造的技术方面所作的贡献.目前基因靶向改造技术已经广泛应用于生物医学的各个领域,今后这一技术仍将对深入开展基因功能研究产生极大的促进作用,同时随着在疾病动物模型建立、基因治疗等领域的应用,它也必将为医学的发展和人类健康带来好处.[编者按]     

基因靶向技术的炫目光芒2007年诺贝尔生理学或医学奖解读

三位英美科学家因在胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现,为"基因靶向"技术的发展奠定了基础,荣获2007年诺贝尔生理学或医学奖.基因靶向技术已广泛应用于基因功能研究,人类疾病动物模型的研制以及经济动物遗传物质的改良等方面,给现代生物学和医学研究带来了革命性的变化,并直接引发了现代生物学和医学研究各个领域中许多突破性的进展,成为后基因组时代研究基因功能最直接和最有效的方法之一.     

基于CRISPR-Cas9新型基因编辑技术研究

高效、特异的目标基因组位点修饰一直是基因工程研究的重点和挑战。靶向基因编辑技术不仅能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗诸多疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术的研究取得了重大进展,且逐渐成为基因编辑的主流工具,特别是规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR-Cas9)技术因其靶向编辑目的基因的特异性、高效性和设计的简便性等诸多优点,得到更为广泛的应用。在中国科学院干细胞先导专项的支持下,基因编辑技术攻关团队在进一步改造和应用CRISPR-Cas9技术方面取得了一系列成果,就此进行全方面的总结。     

PEG修饰对PLL-EGF基因载体靶向结合作用的影响

聚阳离子基因载体系统由于安全性好和便于设计等优点,近年来在基因治疗中的应用发展迅速.在进行基因药物的体内靶向输送时,目前国际上主要通过在基因输送系统中修饰聚乙二醇(PEG)和靶向分子来提高体内输送的稳定性和靶向性.PEG的修饰可能会遮蔽靶向分子的功能呈现,因此建立定量分析方法评价PEG修饰对靶向结合作用的影响非常重要.将连接有表皮生长因子(EGF)的聚赖氨酸(PLL)基因载体作为研究模型,建立BIAcore检测方法,比较PLL-EGF,PEG7000修饰的PLL-EGF,PEG20000修饰的PLL-EGF对表皮生长因子受体(EGFR)的结合和解离速率,评价PEG修饰对PLL-EGF靶向功能呈现的影响.结果表明,PEG7000的修饰降低了EGF和EGFR之间的结合速率,提高了解离速率,整体减弱了靶向分子的靶向结合能力.PEG20000的修饰进一步减弱靶向分子功能的呈现.因此在进行靶向型聚阳离子基因输送系统设计时,考察PEG修饰对靶向结合能力的影响程度非常重要.该研究结果也对其他基因载体系统的设计提供必要的参考.     

类精子干细胞介导的遗传改造

在基因编辑领域,以CRISPR-Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9)为代表的技术的广泛应用,使得科学家能快速、高效、精确地对靶基因序列进行遗传改造。但是,由于包括人类在内的真核细胞二倍性的特点,要获得纯合编辑的细胞系和模式动物仍需大量的时间和人力成本。类精子干细胞(DKO-AG-haESCs)系统的建立及其与CRISPR-Cas9技术的结合则可以快速地在基因、染色体等水平上进行任意遗传操作并转化为动物个体,实现疾病模拟。本文将对类精子干细胞介导的遗传改造进行总结和讨论。     

靶向核酸酶介导基因编辑技术的发展

对目标基因组位点进行靶向修饰一直是基因工程研究的重点。靶向基因编辑技术能够有效地用于建立动物和细胞疾病模型、培育动植物新品种,并具有治疗遗传疾病的重大潜力。近年来靶向核酸酶技术取得了重大的进展,逐渐成为基因编辑的主流工具。综述了锌指核酸酶(ZFN)、类转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)、规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR/Cas)这三大靶向基因编辑系统的原理和研究进展,并讨论了其局限性和未来的发展方向。     

小鼠中的基因修饰——2007年度诺贝尔生理或医学奖介绍

2007年的诺贝尔生理或医学奖授予了Mario R．Capecchi、Martin J．Evans和Oliver Smithies三位科学家,以表彰他们在使用胚胎干细胞对小鼠的特定基因进行改造中的杰出贡献。他们的工作,使人们可以在哺乳动物的生殖细胞中进行特定的基因改造,并繁殖出成功表达这种基因的后代。他们发明的这项遗传实验技术,也就是现在常说的“基因敲除”技术,     

细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA4)敲除和人源化小鼠模型的建立

目的 建立细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA4)基因人源化小鼠模型,为靶向CTLA4的肿瘤治疗性抗体研发和筛选提供有效的小鼠模型.方法 利用CRISPR/Cas9技术,建立CTLA4基因人源化和敲除小鼠模型,利用PCR、RT-PCR、Western Blot、免疫组织化学和流式细胞术的方法对其进行鉴定及分析.将小鼠...     

Glaxo和Gilead合作进行基因靶向研究

Glaxo Group Research Ltd.(Greenford,米德尔塞克斯,英国)和Gilead Sciences(Foster City,加拿大)已同意合作研究基因靶向技术.Glaxo将投资二亿美元,得到Gilead的少量股份.协议包括一个五年的研究项目.与缺陷基因的基因治疗或诊断不同,基因靶向是用合成的分子阻滞产生致病蛋白的基     

2007年诺贝尔生理学或医学奖背景介绍——小鼠中的基因操作

1 引言 2007年诺贝尔生理学或医学奖被授予Mario R．Capecchi、Martin J．Evans和Oliver Smithies,以表彰他们在小鼠体内利用胚胎干细胞进行基因操作这一技术的发展过程中所做的基础性工作。他们的工作使人们可在哺乳动物细胞中改造特定的基因,并产生可携带和表达这些基因的后代。这套由Capecchi、Evans和Smithies等建立的,通常被称为基因敲除的技术,使得科学家可以确定特定基因在发育、生理和病理过程中的作用。该技术使生命科学发生了革命性变化,并在医学治疗的发展过程中起重要作用。     

CRISPR/Cas9技术在生物医学领域的非病毒及病毒载体

规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR)及CRISPR相关蛋白9(CRISPR/Cas9)系统是一种新型基因组编辑技术,能够靶向干扰或修复基因组的特定基因.来自细菌或人工改造的CRISPR/Cas9系统已经由生物学家发现或构建,Cas9核酸酶及单链导向RNA(sgRNA)是CRISPR/Cas9系统的主要组成成分.该系统被广泛应用于疾病治疗新靶点的发掘,基因功能的鉴定,动物模型的建立以及基因治疗药物的开发.CRISPR/Cas9系统已经通过突变或修正疾病相关基因来部分缓解或彻底治愈某些病症.然而,如何有效递送CRISPR/Cas9至目标细胞及靶器官仍然是运用该技术所面临的挑战之一,这影响着该系统稳定和精准的基因编辑能力.本文主要综述Cas9mRNA,Cas9蛋白或编码Cas9基因及相应sgRNA载体的递送系统.递送Cas9蛋白的非病毒载体能够维持Cas9的靶向作用,减少脱靶效应;递送sgRNA和供体模板的病毒载体能够改进基因编辑及同源修复效率.安全,有效及可规模化生产的递送载体将会推进CRISPR/Cas9技术在人类基因治疗领域中的应用.     

向日葵转化技术

Pioneer Hi-Bred International Inc.(Des Moines,IA)的科学家已发展一种稳定的转化体系,可快速地将新型基因引入向日葵中.将技术与经典植物育种技术相结合后,即可在常规上开发含有新型基因的向日葵.首先考虑的是那些能改造油类及蛋白质量的基因以及能增强抗病性的基因.此外,该技术有可能经调整而改用于大豆类.大豆也是双子叶植物,很难从细胞培养中再生出来.     

综述: 大鼠胚胎干细胞遗传操作技术的研究进展

大鼠胚胎干细胞(ES)的成功建立使大鼠的遗传学操作成为可能,运用同源重组原理改造ES细胞的基因,为建立时空特异性的基因敲除大鼠模型提供了基础.本文主要回顾了大鼠ES细胞的建立过程,总结了大鼠ES的培养、鉴定技术,分析了各种大鼠基因敲除技术的优劣势和未来前景.在干细胞研究蓬勃发展的背景下,作为最有效地定向修饰基因的技术手段,基于大鼠ES细胞的基因敲除技术将在揭示基因的生理功能、研究人类疾病的遗传机制以及寻找新药物靶标的过程中发挥更加重要的作用.     

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。     

腺病毒载体在肿瘤靶向性基因治疗中的应用

近年来,腺病毒载体广泛应用于恶性肿瘤的靶向性基因治疗。对传统腺病毒载体的改造主要有以下策略：(1)通过改变腺病毒的嗜性(tropism),使之具有感染宿主细胞的靶向性;(2)在转录水平控制外源性基因的表达;(3)可选择性裂解肿瘤细胞的有复制能力的腺病毒(replication-competent adenovirus,RCA)。更多安全、高效的靶向性腺病毒载体将应用于肿瘤基因治疗中。     

2007年诺贝尔生理学或医学奖

瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布将2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家马里奥·卡佩奇(Mario R. Capecchi)和奥利弗·史密斯(Oliver Smithies)、英国科学家马丁·埃文斯(Martin J.Evans),以表彰他们通过应用胚胎干细胞向小鼠中引入特定基因修饰技术方面所作的贡献.     

全基因组蛋白质的标签细胞和小鼠资源库建设

小鼠是最广泛使用的模式生物,构建基因改造的小鼠模型是研究基因功能和疾病发生机制的重要手段.从20世纪80年代发展至今,小鼠基因改造技术更新迭代,主要包括胚胎干细胞介导的同源重组策略、配子介导的转基因策略、以及最新基于CRISPR/Cas9技术的遗传改造策略等.由我国科学家自主研发的全新小鼠基因改造技术——"人造精子细胞...     

从随机整合到靶向修饰的转基因动物技术

转基因动物技术产生30年来取得了迅速发展,先后建立了多种转基因方法,尤其是从外源基因的随机整合发展到定位整合,成为定向进行动物遗传改造的强大工具.介绍各种转基因动物技术的建立及目前发展的概况,以及从随机整合到靶向修饰的发展过程.     

干扰素β对内皮前体细胞诱导的肿瘤血管生成作用的研究

目的:证实通过基因改造骨髓来源的内皮前体细胞(EPCs)可以使有抑瘤作用的分子靶向肿瘤部位,抑制肿瘤的生长.方法:我们用病毒载体将人干扰素β基因转入EPCs中,转入人干扰素β基因的EPCs与非小细胞性肺癌细胞SPC-A1的共培养,观察SPC-A1的死亡情况;将SPC-A1细胞与离体培养的EPCs在基因鼠中共同荷瘤测量肿瘤的生长.结果:转染了人干扰素β基因的EPCs能诱导共培养的SPC-A1细胞的死亡;当SPC-A1细胞与离体培养的EPCs在基因鼠中共同荷瘤时肿瘤的生长加速,而干扰素β抑制了EPCs的促瘤作用,并且EPCs与肿瘤细胞共同荷瘤后引起的肿瘤组织中血管密度的增加也在干扰素β的作用下受到抑制.结论:基因改造的EPCs能成为将抑瘤因子靶向肿瘤部位的传输媒介,达到抑制肿瘤的生长目的.