利用CRISPR/Cas9基因修饰技术制备微型小鼠和微型西藏小型猪的初步研究

来源 :南方医科大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:cyw87325
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目的:  猪的器官大小、生理生化、解剖学和遗传学等特征与人类极其相似,因而在生物医药研究中应用越来越广泛。西藏小型猪作为优秀的实验用大动物,具有体型大、饲养成本高、保定困难等缺点。对小型猪体型缩小,即在确保器官功能不变但解剖结构按比例缩小,不仅可以降低饲养成本、研究成本、简化实验操作,另外对于构建SPF级小型猪也具有重大意义。  在动物生长调控中,GH-GHR-IGF1信号转导通路发挥着重要的调节作用。GH通过与靶细胞表面的GHR结合,促进IGF1的合成,进而发挥促生长作用。GHR基因位于猪的第16号染色体,包含有10个外显子,于各组织器官中广泛表达。成熟的GHR包括胞外结构域(生长激素结合域),跨膜结构域和胞内结构域。人和动物的侏儒症与GHR基因的突变密切相关,不同结构域的突变,均可能会造成体型矮小[1-3]。  IGF1是GHR的下游基因,主要通过GH刺激肝脏生成,通过内分泌,旁分泌和自分泌促进机体细胞的生长。已有研究报道,缺失GHR或IGF1或两者均缺失,都会影响个体的生长发育,导致生长迟缓,体型矮小。因而本研究主要针对此通路进行干预,以获得生长迟缓或体型微小但其他方面正常的西藏小型猪。  方法:  本课题拟利用最近兴起并比较成熟的基因编辑技术CRISPR/Cas9系统对西藏小型猪GHR和IGF1基因进行敲除,以期获得微型西藏小型猪品系,为研究动物生长过程中GHR和IGF1的作用提供更为理想的大动物模型,进而应用于侏儒症的研究或作为一种体型更小的模式动物用于基础研究。而由于至今还没有通过对猪IGF1基因进行成功敲除的研究,且制备基因敲除猪实验周期较长,首先利用CRISPR/Cas9技术制备IGF1基因敲除小鼠,针对小鼠IGF1基因2号外显子设计相应的sgRNA,通过对IGF1基因敲除小鼠的基因型和表型鉴定结果来确定所设计的针对靶位点的sgRNA是否起作用。然后利用针对猪相应靶位点的sgRNA制备IGF1基因敲除猪。  结果:  本研究成功敲除了小鼠IGF1基因的2号外显子,获得IGF1纯合敲除和杂合敲除鼠。在7只F0后代中,有1只小鼠为野生型,其余的6只小鼠在sgRNA位点处均发生了突变,敲除效率高达为85.71%。纯合敲除鼠在4周时体重仅为4.8g(相当于同龄野生型体重的30%);解剖学、组织学检查,内脏器官明显缩小,且无明显异常。对IGF1各内脏表达分析结果显示,肝、脾、脑、胸腺和胰腺组织IGF1的表达下调,且具有统计学意义(P<0.05)。  本研究也对西藏小型猪GHR基因的2号外显子进行敲除,获得了4只F0代仔猪,2只杂合敲除,2只为野生型,杂合敲除个体体重、体长和体高均偏小。2只杂合敲除后代的GHR表达水平检测结果显示,mRNA和蛋白质表达水平均有下调。杂合敲除个体与野生型个体比较,血清IGF1水平下降,且有统计学意义,P<0.05;胰岛素水平和血糖水平无差异。对脱靶位点检测,结果显示没有脱靶效应。此研究中的GHR基因敲除猪没有表现出与之前研究相当的微型表型得到纯合敲除型,有可能是由于:一、获取的受精卵中,2细胞期的较多,Cas9没有在所有单细胞中完全发挥作用;二、sgRNA靶向GHR基因引起的突变没有造成完全的基因功能缺失。  结论:  成功获得IGF1敲除小鼠和GHR杂合敲除F0代西藏小型猪。IGF1纯合敲除小鼠的成功构建表明了靶向IGF1-E2的合理性和有效性,后期可针对相应位点对猪的IGF1基因进行敲除,以获得IGF1敲除的微型西藏小型猪;GHR杂合敲除西藏小型猪可进交配繁殖,以获得GHR纯合敲除个体。
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