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基因修饰动物是研究在发育和疾病中基因功能的重要工具。CRISPR/Cas9系统有效的应用于构建基因敲除和敲入小鼠。而杨辉团队正好专注于该领域。
杨辉,30岁时,就成为中科院上海生科院神经所研究员;年,入选国家“青年千人计划”;目前已在Science,Nature、Cell等顶级期刊上发表近27篇学术论文,iNature在这里系统介绍杨辉的3篇Cell,1篇Nature及1篇Science成果:
年2月28日,中国科学院灵长类神经生物学重点实验室杨辉研究组,上海生科院李亦学及斯坦福大学LarsM.Steinmetz等人在Science发表题为“Cytosinebaseeditorgeneratessubstantialoff-targetsingle-nucleotidevariantsinmouseembryos”的研究论文,该研究建立了一种被命名为GOTI(Genome-wideOff-targetanalysisbyTwo-cellembryoInjection)的新型脱靶检测技术,并使用该技术发现:近年来兴起的单碱基编辑技术有可能导致大量无法预测的脱靶,因而存在严重的安全风险。此研究显著提高了基因编辑技术脱靶检测的敏感性,并且可以在不借助于任何脱靶位点预测技术的情况下发现之前的脱靶检测手段无法发现的完全随机的脱靶位点,为基因编辑工具的安全性评估带来了突破性的新工具,有望成为新的行业检测标准;
II型细菌CRISPR/Cas系统是一种新型基因组靶向技术,易于多重基因敲除。年9月12日,美国Whitehead生物医学研究所RudolfJaenisch团队(杨辉第一作者)在Cell在线发表题为“One-stepgenerationofmicecarryingreporterandconditionalallelesbyCRISPR/Cas-mediatedgenomeengineering”的研究论文,该研究通过共注射具有Cas9mRNA和不同sgRNA的受精卵以及不同大小的DNA载体来创建报告基因和条件突变小鼠。使用这种一步法,研究人员在Nanog,Sox2和Oct4以及Mecp2基因条件突变小鼠。此外,使用靶向Mecp2基因中两个独立位点的sgRNA,产生了具有约bp的缺失的小鼠。最后,该研究分析了基因修饰小鼠和ESC系中5种sgRNA的潜在脱靶,并在极少数情况下鉴定了脱靶突变;
携带多个基因突变的小鼠传统上通过胚胎干细胞中的连续重组和/或具有单个突变的小鼠的耗时杂交产生。CRISPR/Cas系统被认为是有效的基因靶向技术,具有多重基因组编辑的潜力。年5月9日,美国Whitehead生物医学研究所RudolfJaenisch团队(杨辉共同第一作者)在Cell在线发表题为“One-stepgenerationofmicecarryingmutationsinmultiplegenesbyCRISPR/Cas-mediatedgenomeengineering”的研究论文,该研究证明CRISPR/Cas介导的基因编辑允许高效地同时破坏小鼠胚胎干细胞(ES)中的五个基因(Tet1,2,3,Sry,Uty-8等位基因)。将靶向Tet1和Tet2的Cas9mRNA和sgRNA共注射到受精卵中,产生具有双等位基因突变的小鼠,效率为80%;最后,该研究显示Cas9mRNA/sgRNA与突变体寡核苷酸的共注射在两个靶基因中同时产生精确的点突变。因此,CRISPR/Cas系统允许一步产生携带多个基因突变的动物,这种方法将大大加速功能冗余基因的体内研究;
年4月,徐国良等人(杨辉第一作者)在Cell在线发表了题为“Generationofgeneticallymodifiedmicebyoocyteinjectionofandrogenetichaploidembryonicstemcells”的研究论文,该研究首次建立了来自小鼠精子的孤雄单倍体胚胎干细胞,并证明这些细胞能够代替精子使卵母细胞“受精”产生半克隆小鼠(称为“半克隆”技术);
年9月,徐国良等人(杨辉共同第一作者)在Nature在线发表了题为“TheroleofTet3DNAdioxygenaseinepigeneticreprogrammingbyoocytes”的研究论文,该研究发现在小鼠受精卵中,5-甲基胞嘧啶(5mC)的氧化发生在父本基因组上,将5mC变为5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。此外,该研究还证明双加氧酶Tet3特别富集在雄性原核中。因此,Tet3介导的DNA羟化作用参与自然受精后合子父本DNA的表观遗传重编程,并且还可能有助于动物克隆过程中的体细胞核重编程;
1.杨辉/李亦学/LarsM.Steinmetz等团队建立新型脱靶检测技术,基因编辑工具安全性评估或迎来新突破
CRISPR/Cas9是广泛