世界首批体细胞克隆疾病模型猴诞生记

发布时间: 2019-01-24 09:26:05 | 来源: 中国网 | 作者: 中国科学院神经科学研究所唐骋 | 责任编辑: 赵娜


 

中国网讯   24日,5只生物钟紊乱体细胞克隆猴登上中国综合英文期刊《国家科学评论》封面,标志着中国体细胞克隆技术走向成熟,实验用疾病模型猴批量克隆“照进现实”,全球实验动物使用数量有望大幅降低,药物研发驶入“快车道”。

 1月24日出版的《国家科学评论》。 新华社发(中科院神经科学研究所供图)

10年攻关+10亿美元投入”几乎是目前新药出炉的“标配”,然而,即便投入如此之巨,失败概率仍超90%。科学界认为,根本原因在于缺乏遗传背景一致的实验用疾病模型猴。

去年,世界首例体细胞核移植克隆猴的诞生,那两只分别名为“中中”、“华华”的小猴子标志着非人灵长类克隆时代的到来。

不过需要注意的是,克隆“中中”和“华华”所使用的细胞来自流产猴胚胎,而且基本没怎么体外培养。那这有什么问题呢?

我们知道,克隆猴最大的意义之一在于我们可以由此批量制造基因编辑的猴子。而之前的“中中”和“华华”都是野生型的猴子,从科研价值上来说,不如基因编辑的猴子那么大。

“中中”、“华华”与本次研究所用的克隆猴流程示意图。科学家会先去除猴卵细胞的细胞核,然后在其中放入另一只猴的体细胞核,等待两者充分融合后,再向其中注入Kdm4d的mRNA来帮助克隆胚胎发育,最后将这个核移植过的卵移植到代孕母猴体内等待克隆猴出生。

除此以外,克隆的成功率与作为核供体的细胞有很大的关系。细胞和人一样会在生长繁殖的过程中逐渐衰老,随着细胞不断分裂,其中会堆积越来越多的DNA错误,细胞核的质量也会逐渐下降。因此在今天,即便是克隆技术极为完善的小鼠,我们也几乎不能将年老的小鼠的体细胞作为核供体。

而“中中”、“华华”所用到的胎猴体细胞,本身就来自尚未出生的小猴,十分“年轻”,自然活力强大。但是我们很难直接利用死胎的细胞来制造基因编辑猴,实际制作基因编辑猴所用的细胞比这要“年老”很多,更何况基因编辑本身还会对细胞的DNA造成一些损伤,所以我们一直会担心,经过这么一番折腾后,克隆的成功率会跌到多少。要知道“中中”、“华华”的克隆成功率尚不足1%,而克隆猴成本高昂,如果由此制造基因编辑猴的成功率太低,很可能就会因为成本问题而让这项技术长期停留在纸面上。

因此我们非常需要真正利用体细胞核移植技术制造出基因编辑的猴子来实践这项技术。而这次,中国科学院神经科学研究所的孙强研究员与刘真研究员、张洪钧研究员合作,三个研究团队经过三年努力,利用基因编辑技术(CRISPR/Cas9),成功构建了世界首例核心节律基因BMAL1敲除食蟹猴模型。该项成果1月24日在线发表在《国家科学评论》上。

在这次工作之前,孙强等专家已经通过直接向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9的方法获得了不太完美的BMAL1敲除食蟹猴,之所以说不完美,是由于这些基因敲除猴属于“嵌合体”,体内不同细胞的基因型有差异,因此在最严谨的定义上说还不算是能充分说明问题的动物模型。


左图为之前获得的一只“嵌合体”基因敲除猴,它在本次实验中提供了核供体细胞。右图为从它体内提取、培养的核供体细胞。

这次实验制造出了5只基因敲除的克隆猴,从效率上说略高于当初制造“中中”、“华华”的实验,这在很大程度上打消了人们在效率上的担忧。而且从结果来看,本次实验的基因敲除非常成功,敲除节律基因BMAL1的实验猴表现出了明显的节律紊乱、睡眠障碍与精神问题,与之前的动物实验与临床观察都能匹配上。

本次研究得到的5只BMAL1敲除猴

研究团队仔细检测了这些克隆猴的细胞核基因型和线粒体基因型。如果是真的克隆动物,其细胞核的基因型一定和提供细胞核的那些细胞完全一致,而线粒体由于存在于细胞质当中,不会随着核移植一起转移,因此一定和提供卵细胞的猴子完全一致。就目前而言,比对细胞核与线粒体基因就是验证克隆动物的金标准。

果不其然,这五只小猴的细胞核基因型与核供体细胞完全一致,而线粒体基因型则与卵供体猴一模一样,同时它们的任何基因与生出它们的代孕妈妈则彻底无关,非常符合克隆动物的鉴定金标准。

可以说,本次研究意味着克隆基因编辑猴技术由此从理论层面迈向了实践层面,鉴于目前克隆技术是制造基因编辑猴的成本最低、耗时最少的手段,而作为全球暂时唯一掌握克隆猴技术的神经所,有望在未来的神经科学研究中抢先一步。


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