综述与专论: 基因编辑猪中条件性基因修饰系统的研究进展

条件性基因修饰能够使基因修饰事件在特定组织器官的特定时间内发生,可通过在动物中引入条件性基因缺失系统和条件性基因过表达系统来实现,在小鼠中已被广泛的应用于基因功能的研究。基因修饰猪在农业领域和生物学领域中均具有重要的应用价值。在生物医药领域,由于猪的体型、器官大小、生理、代谢以及寿命与人类具有很多的相似性,基因修饰猪既可用于基因功能的基础研究,也可用作人类疾病模型、异种移植的器官来源以及人类功能蛋白生物反应器。由于最近几年基因编辑技术的进展,使在猪体内引入基因表达条件性系统设想成为可能,构建基因表达条件性调控工具猪模型,将极大地推动其研究进展。本文综述了利用基因编辑技术,构建条件性修饰系统及基因修饰猪模型取得的进展。     

小鼠肝癌模型研究进展

肝癌至今仍是全球高死亡率癌症之一。动物模型特别是小鼠模型是研究肝癌生物学特性、发病机制、新药筛选和治疗的重要工具。近年来,各种小鼠肝癌模型的发展在一定程度上促进了肝癌的相关研究,但是现有模型都有一定不足。缺乏与人类肝癌高度相似且经济适用的动物模型严重制约着对肝癌的深入研究。随着基因修饰技术的发展,小鼠肝癌模型的构建更加快速、容易和方便。本文拟对用于肝癌研究的各种小鼠模型进行概述,并着重强调基因修饰小鼠肝癌模型的构建,以期为相关癌症基因功能研究、应用基因编辑技术研发肝癌模型提供新思路和方向。     

非人灵长类基因修饰模型构建技术研究进展

随着以CRISPR-Cas9为代表的新型基因编辑技术的出现及发展应用,科学家们在构建非人灵长类基因修饰模型方面取得了很多重要进展。然而,首建动物嵌合、复杂基因修饰低效、传代周期长以及遗传背景复杂等多方面因素极大地限制了非人灵长类基因修饰模型的开发和应用。现对目前非人灵长类基因编辑模型构建的进展进行综述,并重点对基因编辑技术结合体细胞核移植、精原干细胞、胚胎干细胞及单倍体干细胞等技术手段在非人灵长类基因修饰模型构建中的进展进行综述和展望。     

新物种诱导多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESC）在人类遗传病学研究、疾病模型建立、器官再生以及动物物种改良和定向变异等方面的地位是其他类型的细胞不可取代的。但是,由于实验技术和体外培养条件的限制,除了小鼠、恒河猴和人之外,大鼠、猪、牛、羊等其他哺乳动物的ES细胞系被证明很难获得。先后有多个研究小组报道了他们利用新兴的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）技术成功建立大鼠和猪的iPS细胞系的研究成果。迄今为止,这两个物种是在未成功建立ES细胞系之前利用iPS技术建立多能干细胞系的成功范例。这些研究对于那些还未建立ES细胞的物种建立多能干细胞系提供了一种新的方案,也将给这些物种的胚胎干细胞的建立、基因修饰动物的产生以及人类医疗事业的促进和发展带来新的希望。     

利用CRISPR-Cas9技术构建基因修饰哺乳动物模型的进展

基因修饰动物模型(genetically modified animal models)是研究个体发育过程和疾病中特定基因功能的一种重要工具,在研究人类疾病发生机制、病理生理和评估新药物、新治疗方法方面有重要应用。哺乳动物因其与人类的相似性而常被用来进行人类疾病研究和药物筛选。然而,传统构建基因修饰动物模型的同源重组等方法不仅需要培养的哺乳动物胚胎干细胞系,而且费时费力。近年来新出现的CRISPR-Cas9基因编辑系统可以在哺乳动物中实现快速、准确的基因定点修饰。该文将介绍CRISPR-Cas9系统在构建基因修饰哺乳动物模型中的应用。     

猪体细胞核移植技术研究进展

猪体细胞核移植技术已发展十年多,技术日趋完善,许多实验室已可获得克隆猪和基因修饰猪。近年来新兴了多种基因高效靶向修饰和调控技术,为基因修饰猪研究奠定了技术基础,推进了基因修饰猪的研究从基础研究转向应用研究。介绍了猪体细胞核移植技术的发展历程,主要技术环节的优化,并对猪体细胞核移植的技术优势,在农业、生物医药上的应用及意义,存在问题与前景等进行了概述。     

基因打靶技术:开启遗传学新纪元

基因打靶技术作为最有效的定向修饰小鼠基因的技术手段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的药物靶标的过程中发挥着重要的作用。近年来, 随着条件基因打靶技术的发展使基因失活可以限制在特定时段特定组织或细胞内。文章将主要介绍基因打靶技术的发展简史、近期进展以及在其他模式动物中的应用。     

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.     

条件基因打靶技术在组织稳态研究中的应用

基因打靶技术作为最有效的定向修饰小鼠基因组的技术手段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的药物靶标的过程中发挥重要的作用.基于Cre-LoxP定位重组系统的条件基因打靶技术的发展使得基因失活可以限制在特定发育阶段的特定组织或细胞内,这一优势使得条件基因打靶技术成为解析哺乳动物基因功能的主要研究手段.本文将主要介绍军事医学科学院在建立小鼠条件基因打靶技术平台,以及应用这一技术研究TGF-β/Smad等重要信号通路在维持组织稳态和抑制疾病的生理功能和机制方面的主要进展.     

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。     

基因修饰工具猪模型的建立及应用

基因修饰工具动物模型是指对已知基因加以修饰建立的,能够作为工具,从而帮助实现其他目的基因修饰动物模型。工具动物模型在生物学研究和生物医药开发中具有非常重要的作用,尤其是基因修饰动物模型在基因功能和信号通路等生物学基础研究方面做出了突出贡献。猪不仅是重要的农业经济动物,由于猪在器官结构、大小以及生理代谢方面与人更加接近,因此,猪也是比较理想的生物医药大动物模型。近几年,由于基因编辑技术的突破,工具猪模型的建立取得了引人注目的进展,人们已先后培育出了细胞多能性示踪工具猪模型,如细胞谱系示踪工具猪模型,可用于重组酶介导的基因交换工具猪模型,免疫缺陷猪模型以及可用于体内基因编辑的基因修饰工具猪模型,这些工具猪已逐渐得到推广应用。本文重点拟对具有广泛用途的基因修饰工具猪模型的研究进展和应用进行综述。     

代谢基因工程提高作物产量的分子靶标

应用基因工程技术对植物细胞内的代谢途径进行遗传修饰,已成功地使细胞代谢发生改变或合成新的化合物。光合作用,淀粉合成,氮素同化和水分利用等是形成作物产量的基础代谢。对这些代谢途径中的关键步骤和靶分子进行基因修饰以提高作物产量的研究已取得长足的进展,并正在发展成为提高作物产量的新途径。本文着重论述应用代谢基因工程提高作物产量的技术策略,研究现状,存在的问题,所面临的挑战和应用前景。     

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.     

基因修饰小鼠构建的革命:CRISPR/Cas9技术

基因修饰小鼠在研究人类疾病致病机理和治疗手段中起到了关键作用。传统的小鼠基因组编辑使用胚胎干细胞(ES细胞),虽然可以对内源基因进行精细的修改,但是复杂、繁琐并且耗时。近几年发展的人工核酸酶可以在靶位点切割DNA双链,诱发细胞内源性修复机制,发生同源重组修复或非同源末端连接,从而提高了基因组编辑的效率。从ZFN到TALEN再到CRISPR/Cas9技术,新型基因组编辑技术正以惊人的速度渗入到生命科学的各项研究工作中。将对新型基因组编辑技术进行介绍,着重阐述CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑技术在基因修饰小鼠中的应用,比较该系统与其他方法的优越性和不足,并对该系统进行展望。     

黑色素瘤发生发展中的表观遗传学调控

人恶性黑色素瘤(malignant melanoma)是近年来高发病率和高死亡率的肿瘤之一.目前尚缺乏有效的治疗方法.而表观遗传如DNA甲基化(DNA methylation)、组蛋白修饰(histonemodification)、染色质重塑(chromatin remodeling)及RNA干扰(RNA interference,RNAi)等改变在人黑色素瘤的发生、发展和转移中有重要作用.阐明黑色素瘤发生发展的表观遗传学机制已引起了学者的普遍关注.本文综述了人类黑色素瘤发生发展中所特异的表观遗传改变:CpG岛的异常甲基化修饰、组蛋白甲基化和乙酰化修饰、染色质重塑以及microRNA在黑色素瘤发生和转移中的作用,并对应用表观遗传修饰治疗人类黑色素瘤进行了探讨.     

评价白蛋白相关药物动物模型的研究进展

许多肽或蛋白质药物治疗的一个主要挑战是血浆半衰期短。通过将该类药物与白蛋白结合获得的药物称为白蛋白相关药物，有效延长血浆半衰期。动物模型作为研究药物药代动力学的重要工具是药物研究中不可或缺的一部分。本综述概括了两大类动物模型：啮齿类(野生型小鼠、大鼠模型，基因修饰小鼠模型)与非啮齿(猴)在白蛋白相关药物药代动力学研究中的应用与发展，为其进一步研究发展提供参考。     

表观遗传生物标志物在人类疾病早期诊治中的研究进展

表观遗传修饰异常见于人类的多种疾病(如肿瘤、老年性疾病、发育源性疾病等),影响着这些疾病的发生发展。已有的研究表明,异常表观遗传改变可以作为疾病状态和疾病预测的生物标志物。表观遗传修饰改变的可逆性和可控性也为疾病早期的预防和治疗提供了新策略。本文对DNA甲基化修饰、组蛋白共价修饰、非编码RNA等三种表观遗传方式在肿瘤、老年性疾病和发育源性疾病的研究,以及三者作为表遗传生物标志物在疾病早期诊断和治疗的应用展开介绍,以期为肿瘤、老年性和发育源性相关疾病的诊断与治疗提供借鉴和 参考。     

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。     

DNA甲基化和组蛋白修饰在克隆动物发育过程中的作用

体细胞核移植在农业应用、生产疾病模型动物、转基因家畜或产生人胚胎干细胞来治疗人类的疾病方面有巨大的应用潜力。虽然已经成功克隆出多种哺乳动物, 但该技术仍存在一些未解决的问题, 包括产生克隆动物的效率低和克隆动物的异常等。异常的表观遗传重编程是克隆胚胎发育失败的一个重要因素。文章重点论述了DNA甲基化、组蛋白修饰及其与克隆胚胎发育的关系。了解表观遗传调控机制有助于解决核移植技术中存在的问题, 有利于更好地应用这项技术。