同济教授用CRISPR制备瘦素缺陷大鼠

6月5日，Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了同济大学、中科院上海生命科学研究院、上海交通大学以及加州大学洛杉矶分校的一项研究成果。在这项研究中，研究人员用CRISPR技术制备了一组Lep突变大鼠，它们在成熟LEP蛋白中携带14th Ile (LEP∆I14)无效突变或者缺失。

　　

生物通报道：Leptin（LEP）是由脂肪细胞分泌的蛋白质类激素，主要由白色脂肪组织产生。其前体由167个氨基酸残基组成，N末端有21个氨基酸残基信号肽，该前体的信号肽在血液中被切掉而成为146氨基酸，分子量为16KD，形成Leptin。Leptin具有广泛的生物学效应，其中较重要的是作用于下丘脑的代谢调节中枢，发挥抑制食欲，减少能量摄取，增加能量消耗，抑制脂肪合成的作用。

6月5日，Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了同济大学、中科院上海生命科学研究院、上海交通大学以及加州大学洛杉矶分校的一项研究成果，题为“The 14th Ile residue is essential for Leptin function in regulating energy homeostasis in rat”。在这项研究中，研究人员用CRISPR技术制备了一组Lep突变大鼠，它们在成熟LEP蛋白中携带14th Ile (LEP∆I14)无效突变或者缺失。

这项研究的通讯作者是同济大学讲座教授、加州大学洛杉矶分校的范国平教授。范国平博士领导的团队发表了70多篇国际重要学术期刊的论著，在干细胞分化, 胚胎与神经发育的分子细胞机制研究等方面取得了显著成绩。特别是在DNA甲基化与组蛋白修饰等表观遗传学机制、干细胞基因表达、干细胞分化与神经细胞可塑性调控的研究中，做出了重要贡献。他的实验室构建出的中枢神经系统不同部位DNA甲基化缺陷的转基因小鼠，为研究行为异常等神经症状以及研究DNA甲基化与染色质重塑对大脑发育运行的影响提供了良好的模型系统。

CRISPR/cas9基因组编辑技术因其设计简单以及操作容易,使其在基因编辑的研究中越来越受到欢迎。利用该技术,科研人员可以实现在碱基的水平对基因组进行定点修饰。CRISPR系统现已经被广泛地应用到多个物种的基因组编辑以及癌症的相关研究中。

在这项研究中，研究人员使用CRISPR技术，创建了一组Lep突变大鼠，它们在成熟LEP蛋白中携带14th Ile (LEP∆I14)的无效突变或缺失。研究人员通过全基因组高通量测序和/或Sanger测序分析，检测了潜在的脱靶位点（OTS），发现在突变大鼠中没有OTS。

由于反馈回路，成熟的LEP∆I14不断产生，并以很高的水平释放到血液中。突变LEP∆I14和LEPTIN受体 (LEPR)之间结合构象的结构模型表明，LEP∆I14的构象会损害它与LEPR的结合，一致的是，它在萤光素酶报告基因试验中不能激活STAT3结合元素。

表型研究表明，Lep∆I14大鼠可概括Lep无效突变体大鼠的表型，包括肥胖、高胰岛素血、肝脂肪变性、肾病和不孕。与现有的ob/ob小鼠模型相比，这个Lep∆I14/∆I14大鼠品系为我们提供了一种强有力的工具，来进一步剖析，LEP除了在调节能量平衡中发挥明确作用之外，它还在糖尿病相关肾病及生殖问题中起到了什么作用。

近年来，CRISPR/Cas9已被成功应用于不同物种基因组的遗传修饰。2015年8月，中科院遗传与发育生物学遗传研究所的李晓江博士，在国际学术期刊《Molecular Neurodegeneration》发表综述文章，讨论了用CRISPR/Cas9技术来构建大型动物模型，能够更为真实地模拟人类退行性疾病。相关阅读：李晓江：用CRISPR构建大型神经变性病动物模型。

今年4月，来自复旦大学生命科学学院,遗传工程国家重点实验室等处的研究人员通过CRISPR/Cas9技术进行FⅨ基因敲除，快速、高效地构建血友病乙模型小鼠，以期为血友病乙的研究提供更加便捷的途径。相关阅读：利用CRISPR/Cas系统快速高效构建血友病乙小鼠模型。

6月30日，Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了加州大学洛杉矶分校、华中科技大学同济医学院的一项最新研究成果。这项研究采用CRISPR基因组编辑技术，来制备转移性肾细胞癌的小鼠模型。相关阅读：中美科学家用CRISPR制备肾癌模型。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
The 14th Ile residue is essential for Leptin function in regulating energy homeostasis in rat.
Abstract: LEPTIN (LEP) is a circulating hormone released primarily from white adipocytes and is crucial for regulating satiety and energy homeostasis in humans and animals. Using the CRISPR technology, we created a set of Lep mutant rats that carry either null mutations or a deletion of the 14th Ile (LEP∆I14) in the mature LEP protein. We examined the potential off-target sites (OTS) by whole-genome high-throughput sequencing and/or Sanger-sequencing analysis and found no OTS in mutant rats. Mature LEP∆I14 is incessantly produced and released to blood at a much elevated level due to the feedback loop. Structure modeling of binding conformation between mutant LEP∆I14 and LEPTIN receptor (LEPR) suggests that the conformation of LEP∆I14 impairs its binding with LEPR, consistent with its inability to activate STAT3-binding element in the luciferase reporter assay. Phenotypic study demonstrated that Lep∆I14 rats recapitulate phenotypes of Lep-null mutant rats including obesity, hyperinsulinemia, hepatic steatosis, nephropathy, and infertility. Compared to the existing ob/ob mouse models, this Lep∆I14/∆I14 rat strain provides a robust tool for further dissecting the roles of LEP in the diabetes related kidney disease and reproduction problem, beyond its well established function in regulating energy homeostasis.