應用優化CRISPR技術建立基因完全敲除的小鼠及猴

　　6月6日，《細胞研究》在線發表了一項成果，應用改進的“C-CRISPR”技術可以獲得單基因或多基因功能完全敲除的小鼠及猴。這項研究由中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心的楊輝研究組、熊志奇研究組以及神經所蘇州非人靈長類研究平臺孫強團隊合作完成。該研究通過將多個針對基因外顯子的連續指導RNA（sgRNA）注射到受精卵中，可以高通量制作各種基因完全敲除小鼠并用于表型分析，并快速制作基因敲除猴模型。

　　CRISPR/Cas9系統是一種非常高效的基因編輯方法，但是大部分被基因編輯過的動物都有嵌合性，也就是說它們只有一部分細胞的基因發生了編輯。對于涉及表型的研究而言，嵌合的基因編輯動物需要進一步雜交育種，才能得到完全的基因敲除動物。當涉及大型動物，比方說非人靈長類時，嵌合體的問題就會顯得尤為嚴重，因為獼猴的繁殖周期長達5-6年而且每胎只生一個幼崽。之前有許多研究者都試圖一步法來產生沒有嵌合的基因修飾動物，尤其是大型動物。包括將Cas9 mRNA和sgRNA注射到卵母細胞中而非受精卵中，或注射Cas9蛋白，或注射雙sgRNA。但是DNA測序分析了這些方法的動物個體組織后，發現這些方法完全做到雙等位基因敲除的效率相當低。

　　這項研究中，研究者發現向受精卵當中注射Cas9 mRNA和多個sgRNA的雞尾酒式混合物，單個或多個基因在小鼠胚胎能做到100%的完全刪除，以及猴子胚胎中91%-100%的刪除。這種方法能同時產生插入缺失和外顯子刪除，從而實現高效的基因完全敲除。研究者還應用C-CRISPR法建立基因功能完全敲除的F0代小鼠，用于基因功能的快速表型分析，以及獲得基因功能完全敲除的F0代猴。最后，通過高通量測序分析顯示，C-CRISPR在基因編輯過的小鼠和猴子中不會引入明顯的脫靶改變。

　　該項工作由博士后左二偉、助理研究員蔡毅君、博士后李奎、研究生魏瑜、博士后王邦安在靈長類疾病模型研究組研究員楊輝、疾病神經生物學研究組研究員熊志奇與蘇州非人靈長類研究平臺主任孫強的指導下完成，課題組的其他成員積極參與，并得到了上海生科院生物化學與細胞生物學研究所研究員李勁松、徐國良的大力協助，是眾多課題組通力合作的重要成果。該工作得到中科院戰略性先導科技專項(XDB02050007, XDA01010409)、國家高科技研發項目(863項目； 2015AA020307)、國家自然科學基金會(國家自然科學基金委資助31522037和31500825)、中國青年千人計劃(楊輝)、中科院重大突破項目、上海青年科學人才培養計劃(15YF1414700)、國家關鍵技術研發項目(2014BAI03B00, 孫強)、上海市科學技術委員會項目 (16JC1420202, 楊輝； 14140900100, 孫強)、中科院百人計劃(孫強)等項目的資助。

一步法獲得基因完全敲除的小鼠和食蟹猴。A. 小鼠Tyr基因sgRNA靶向位點示意圖。B.注射Cas9 mRNA合并多個毗鄰的sgRNA進入小鼠受精卵。C.食蟹猴Prrt2基因sgRNA靶向位點示意圖。D.MII卵子單精子注射發育到原核期受精卵，隨后注射Cas9 mRNA合并多個毗鄰的sgRNA。