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Cell:首次开发出在小鼠体内产生和分析基因嵌合体的方法

来源:本站原创 2017-08-16 06:34


图片来自CNIC。

2017年8月16日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自西班牙卡洛斯三世国家心血管研究中心(Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III, CNIC)的研究人员开发出新的方法来产生和分析基因嵌合体(genetic mosaics)。相关研究结果发表在2017年8月10日的Cell期刊上,论文标题为“Dual ifgMosaic: A Versatile Method for Multispectral and Combinatorial Mosaic Gene-Function Analysis”。

在这些基因嵌合体中,组织含有众多具有不同基因型的细胞群体,从而允许研究这些基因型在细胞行为中产生的差别。这种新的方法将允许科学家们在小鼠和斑马鱼等脊椎动物模型中诱导多光谱基因嵌合体产生。这种技术将有助在比较高的时空分辨率下加快理解基因在发育和疾病期间的功能和相互作用。基因编码蛋白合成所需的信息。改进的研究基因功能的方法将允许人们“增加了解基因组如何在组成人体的多种细胞类型中发挥作用,理解基因相互作用网络和它们的调节层次。”再者,这种知识对设计高效地修饰或校正疾病中的基因活性的治疗策略是至关重要的。

修饰基因活性的能力显著地改变了研究生物学过程的方法。如今,大多数科学家们每次通过在一种器官或动物的所有细胞或一部分细胞中修饰一个基因的活性(即增加或剔除它的活性),分析它的功能。利用这种方法分析单个基因修饰在器官或动物的发育、功能或病变中产生的变化,就可理解基因功能。

正如论文通信作者Rui Benedito解释的那样,在利用可诱导的基因嵌合体的实验性方法中,这些诱导的基因变化仅在有机体的一些细胞(即突变细胞)中发生,而其他的细胞都保持未变(即正常的细胞)。“使用可诱导的基因嵌合体是比较重要的,这是因为它能够让我们研究具有不同基因型的细胞如何在相同的环境中作出表现,这样任何差异都能够归因于这种诱导的基因变化。”这种研究基因功能的方法通常比经典的遗传学方法更加准确和更加信息丰富。在经典的遗传学方法中,对有机体的所有细胞中的靶基因进行修饰能够产生附带变化,这些附带变化不能够在时间或空间上加以控制,而且可能干扰对这个基因在研究的生物学过程中的功能的理解。

基因嵌合体在果蝇中被广泛地使用,这是因为这种有机体容易发生有丝分裂重组,而且已引发基因功能和细胞生物学研究变革。然而,在此之前,在小鼠中诱导和分析基因嵌合体在技术上是充满极大挑战的。

为了在小鼠中产生基因嵌合体,这些研究人员开发出新的分子生物学方法和转基因方法。这些方法允许在单只小鼠中同时诱导多种与不同的荧光标记结合在一起的嵌合基因修饰。这些荧光标记能够在高分辨率多光谱显微镜下检测到。

为了让这些新的遗传工具能够被其他的研究团队使用,这些研究人员首先开发出一种开源DNA工程策略,这种策略会极大地简化产生较大的复杂的含有多个处于相同的开放编码框的靶基因和荧光标记基因的DNA构建体。他们也开发出新的CRISPR/Cas9方法将这些构建出的DNA分子导入到胚胎干细胞或受精卵中,从而使得快速地和可靠地产生转基因小鼠嵌合体得以简化。

利用这些新的遗传工具和转基因小鼠,这些研究人员能够在相同的组织中研究多个基因的功能,同时对高达15种颜色编码的细胞群体进行荧光显微分析,每种细胞群体表达一种独特的基因组合。根据Rui Benedito的说法,“这种技术首次允许在同一只小鼠的不同细胞中诱导和分析不同的基因嵌合体组合。鉴于在相同的组织中对这些不同的细胞群体加以诱导,并且对它们同时进行成像,分析它们的行为如何存在差异能够对研究的这些基因的功能提供精确的数据和新的见解。这种方法相比于现有的遗传分析方法具有真正的优势:鉴于这种现有的遗传分析必须是在接受一种给定的基因修饰的独立动物中开展的,这需要比较存在于不同组织或环境中的细胞。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Samuel Pontes-Quero, Luis Heredia, Verónica Casquero-García et al. Dual ifgMosaic: A Versatile Method for Multispectral and Combinatorial Mosaic Gene-Function Analysis. Cell, 10 August 2017, 170(4):800–814, doi:10.1016/j.cell.2017.07.031

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