中国科研团队成功构建首批生物节律紊乱体细胞克隆猴模型
  这五只克隆猴,不简单(解码·发现)

这五只克隆猴,不简单(解码·发现)

5只生物节律紊乱体细胞克隆猴。

  中科院神经科学研究所供图

这五只克隆猴,不简单(解码·发现)

  工作人员在给生物节律紊乱体细胞克隆猴喂食。

  新华社记者 金立旺摄

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  中国科研团队宣布,通过体细胞克隆技术,成功获得5只BMAL1基因敲除的克隆猴。

  这是国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型,意味着克隆基因编辑猴技术从理论层面迈向了实践层面。由此,中国开启批量化、标准化创建疾病克隆猴模型的新时代。

  2018年1月,当两个体细胞克隆猴宝宝“中中”和“华华”第一次亮相时,科研人员就曾预言,中国将率先建立起可有效模拟人类疾病的克隆猴模型,既能满足脑疾病和脑高级认知功能研究的迫切需要,又可广泛应用于新药研发。

  仅仅1年之后,这个预言便成为现实。1月23日,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对外宣布,通过体细胞克隆技术,成功获得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴。这是国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型,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,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。

  该成果于北京时间1月24日在线发表于中国顶级英文期刊《国家科学评论》。

  “失眠”猴

  研究节律紊乱的理想动物模型

  雄鸡报晓、蜘蛛半夜结网、向日葵在清晨开放……自然界中的生物大都拥有按时间节奏调节自身活动的本领,我们称之为生物节律,也就是通常所说的生物钟。

  生物节律系统在维持机体内在的生理功能,以及适应环境的变化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、糖尿病以及心血管等疾病密切相关。

  中国科学院神经科学研究所所长、脑科学与智能技术卓越创新中心蒲慕明院士说:“非人灵长类动物在结构和功能活动等很多方面都与人类高度相似,是研究节律紊乱相关疾病机理和诊治手段比较理想的动物模型。”

  2015年底,研究团队尝试利用CRISPR/Cas9技术,敲除了猴胚胎中的生物节律核心基因BMAL1,产生了一批生物节律核心基因BMAL1缺失的猕猴。

  “在哺乳动物的大脑中,有一个控制生物节律的‘起搏器’,就是位于下丘脑的视交叉上核。如果将它损毁,动物的昼夜节律就会完全消失。”研究团队成员、神经科学研究所生物节律与衰老疾病研究组组长张洪钧研究员说,“这个‘起搏器’一般是通过一系列节律基因来调控昼夜节律的,BMAL1便是这些核心节律基因中的一个。”

  等到半年后小猴们断奶,研究人员开始从多个方面进行观察。他们发现,敲除猴不再按照24小时的周期活动,夜间活动明显增多。此外,这些敲除猴的大多数节律基因表达异常,还有很多与睡眠剥夺、抑郁症以及衰老等相关的基因上调。

  张洪钧说:“我们可以明显看出敲除猴表现出怕人的行为。比如,当保育员靠近时,它会双手抱住头部,蜷缩在角落里,不敢活动。”

  基于此,研究团队最终确定,成功构建了世界首批核心节律基因BMAL1敲除猕猴模型。

  “克隆”猴

  弥合不同个体间的基因差异

  但是,核心节律基因BMAL1敲除猕猴模型还不能作为理想的动物模型。

  张洪钧说:“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差异,也就是其中有个体的BMAL1并未被完全敲除,所以表现出生物节律紊乱症状的严重程度不一致。”

  如何解决这个问题呢?

  “个体差异大,对实验干扰就会比较大。”蒲慕明认为,利用基因编辑的细胞进行核移植是批量制备基因修饰猴模型的首选方法。

  为此,研究团队采集了一只BMAL1基因敲除彻底、且睡眠紊乱症状最明显的猕猴体细胞,通过之前掌握的体细胞克隆技术,成功获得5只BMAL1基因敲除的克隆猴。

  研究团队成员、神经科学研究所非人灵长类研究平台主任孙强研究员说:“经过检测,这5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,同时它们的所有基因与生出它们的代孕妈妈则彻底无关,完全符合克隆动物的鉴定标准。”

  值得一提的是,去年克隆“中中”和“华华”所使用的体细胞来自流产猴胚胎,而这次采用的是成年活体基因编辑猴的体细胞。