家兔高效基因敲除技术体系的建立

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兔是标准的生物医学研究实验动物。它繁殖快、饲养成本低,体型适中,适合于进行反复活体监测、采样等操作和大样品量实验数据的收集;其生理结构,系统发育也比啮齿类动物更接近于人类,尤其是比小鼠等能更真实地模拟人类疾病的发病机制,目前已经成为多种人类疾病模型和发育机制研究模型的首选。然而由于缺少完整的基因组信息和高效的基因修饰技术,使得转基因兔不能像转基因小鼠一样大量生产,限制了转基因兔的应用。传统的基因定点修饰技术是胚胎干细胞与同源重组相结合,利用嵌合体胚胎获得目的基因修饰的动物;而对于没有获得胚胎干细胞的动物来说,可以在体细胞上利用同源重组技术获得目的基因修饰的阳性细胞,再经过体细胞核移植的手段获得成活的动物。但是对于家兔这种既没有获得能够生殖系传递的胚胎干细胞,克隆效率又极低的物种来说,获得期望的基因定点修饰动物是极其困难的。然而,锌指核糖核酸酶(ZFNs)与转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)的出现极大的促进了基因定点修饰动物的研究,为这些克隆效率低下又缺少全能胚胎干细胞物种的基因修饰开辟了新渠道。随着ZFNs和TALENs技术的不断发展,基因修饰兔将逐步发挥其优势,为人类疾病、药物开发、发育机制等研究提供更加有效的动物模型。  本研究致力于建立家兔基因修饰的技术体系,利用目前高效打靶的TALENs和ZFNs技术分别构建了RAG基因敲除兔和CETP基因敲除兔,两种基因敲除兔的成功构建,为我们获得其他基因修饰的兔模型以及对兔自身基因的深入研究提供了技术平台。  我们利用TALENs技术首次获得了RAG基因敲除兔,在此过程中,TALENs的基因修饰效率相比常用的同源重组结合原核注射技术具有明显的优势,只需一次修饰就可以获得双等位基因敲除兔,两对TALENs效率分别达到61.1%和46.7%,单敲除的比例则达到惊人的90%以上。在获得的双等位基因突变的F0代兔中,部分表现出明显的RAG缺陷症状,例如:胸腺脾脏器官发育不全,无成熟淋巴细胞等表型。  利用ZFNs技术获得了CETP基因敲除兔的效率也明显高于传统的同源重组和原核注射等技术,设计的两对ZFNs分别达到了10.0%和17.1%的单等位基因敲除效率。经过配种可以获得遗传有CETP基因的突变类型,证明其可以生殖系传递,因此可以经过配种获得CETP双敲除兔。  综上所述,本研究分别利用TALENs和ZFNs两种基因修饰技术首次高效地构建了RAG和CETP基因敲除兔。两种基因修饰技术都具有效率高、无脱靶、特异性强等特点。根据研究结果,我们认为两种基因修饰技术必将成为内源基因修饰的有力工具和必要选择,尤其是应用于兔等缺乏全能性干细胞的动物上。RAG和CETP基因敲除兔的建立也为药物研制开发,器官移植,干细胞,脂代谢以及心脑血管等领域的研究提供有价值的模型。
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