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世界首批生物节律紊乱体细胞克隆猴模型诞生

2019-09-10

科学 2019年2期
关键词:动物模型体细胞节律

[本刊讯]中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心研究团队,以国家重大需求为导向,致力于节律紊乱等相关疾病非人灵长类动物模型的构建。首次利用CRISPR/Cas9方法,敲除猕猴胚胎中的生物节律核心基因BMAL1,产生了一批(5只)BMAL1缺失的猕猴,行为学分析表明,这些猕猴具有昼夜活动紊乱、睡眠障碍、焦虑和精神分裂症等表型;转录组数据分析也表明,这些猕猴与炎症、睡眠障碍、抑郁等相关的基因表达水平显著上调,为研究模拟人的节律紊乱相关疾病迈出了关键的一步。2019年1月24日,该成果在线发表于我国综合性英文学术期刊《国家科学评论》(National Science Review)。

自然界大部分生物,從简单的单细胞生物,到复杂的哺乳动物,都拥有按时间节奏调节自身活动的本领,称之为生物节律。生物节律是生物体内在的时间控制系统,是生物体内多种生理学和生物化学过程波动的基础。生物节律系统在维持机体内在的生理功能(如睡眠/觉醒系统、体温、代谢和器官功能等)、适应环境的变化等方面扮演着重要角色。生物节律紊乱与睡眠障碍、神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)、精神类疾病(如抑郁症)、糖尿病、肿瘤,以及心血管等疾病密切相关。

小鼠和果蝇等动物模型因其与人的昼夜活动周期、脑结构和代谢速率等方面存在较大差异,极大制约了生物节律紊乱机理研究和相关疾病治疗手段的研发,而非人灵长类动物与人类最接近,是用于研究节律紊乱相关疾病机理和诊治手段较理想的动物模型。

研究团队通过基因敲除方法获得的第一代模型猴个体间存在遗传背景和基因编辑嵌合率的差异,5只BMAL1基因敲除的猕猴在昼夜活动紊乱、睡眠障碍、焦虑和精神分裂症表现症状方面呈现出不同的严重程度,不能作为理想的动物模型。在此基础上又采集一只睡眠紊乱最明显的BMAL1敲除猕猴的体细胞,通过体细胞克隆技术,获得5只BMAL1基因敲除的克隆猴,成功构建出世界首批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型。

这项研究首次证实通过体细胞核移植技术可以克隆成年基因修饰猴。为(短期内)生产无嵌合体的基因修饰猴提供了完美的解决方案,这样的克隆猴(模型)对人类疾病研究有重要价值。该成果也表明,中国正式开启了批量化、标准化创建疾病克隆猴模型的新时代,能为脑认知功能研究、重大疾病早期诊断与干预、药物研发等提供新型高效的动物模型;该成果的应用有助于缩短药物研发周期,提高药物研发成功率,加快我国新药创制与研发的进程。

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