PNAS：基因敲除新技术助力疾病研究

　　

生物通报道  是什么基因导致了乳腺癌形成？是什么脑细胞突变导致了阿尔茨海默氏症发病？为了寻找新的治疗方法，科学家们必须要了解细胞水平上的疾病触发机制。在转基因小鼠上开展实验成为了基础医学研究一个不可或缺的部分。现在，科学家们开发了一种新方法，可以帮助实验室用较少的实验动物开展他们的研究。

科学家们利用转基因小鼠来研究疾病的基本机制。这些“基因敲除”小鼠携带着被认为可以触发疾病的某些基因或基因区域。

对于实验室而言，基因敲除技术需要付诸大量的时间和精力。“科学家们一开始在胚胎干细胞内操控一种遗传缺陷，然后他们将操控的干细胞移植到小鼠胚胎中，”慕尼黑工业大学（TUM）的Wolfgang Wurst教授说。

定制遗传缺陷

经过多个步骤之后，生成的生物具有改造和未改造两种细胞。研究人员必须将小鼠进行数次杂交，直至它们的后代身体内所有的细胞都携带上敲除特征。在所有测试中，科学家们必须要投入1-2年的时间才能生成一种功能性的小鼠模型。

现在，由Wurst教授和Ralf Kühn博士领导的研究小组开发出了一种新方法，使得他们能够在更短的时间内完成这一过程——仅需要四个多月的时间。他们在受精的小鼠卵细胞中直接进行基因修饰，从而使后代体内所有的细胞都获得相同的遗传缺陷。“通过除去耗时的杂交阶段，实验室能够用更少的实验动物，更快地生成小鼠模型。”

对DNA链进行高精度切割

研究小组利用了转录激活因子效应物核酸酶（transcription activator-like effector nucleases ，TALENs）来完成研究实验。这些DNA工具具有双重功能：一部分识别和结合特定基因，另一部分原位切割DNA链。这些超精确性的DNA“手术刀”开发还只有数年的时间。

Wurst 说：“TALEN酶具有一种简单的、模块化的结构。这意味着我们可以制造出许多的变异体，来切断基因组中所有的基因，修改它们达到特定目的。”这一技术使得科学家们能够敲除特定基因，在细胞内导入遗传缺陷，及修复遗传缺陷。

“我们利用TALEN程序将与人类痴呆有关的突变移植到小鼠生殖细胞中。这些动物模型将有助于我们了解痴呆背后的分子机制。该技术的优点在于，我们理论上可以在实验小鼠上模拟所有的遗传性疾病，”Wurst说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Direct production of mouse disease models by embryo microinjection of TALENs and oligodeoxynucleotides

The study of genetic disease mechanisms relies mostly on targeted mouse mutants that are derived from engineered embryonic stem (ES) cells. Nevertheless, the establishment of mutant ES cells is laborious and time-consuming, restricting the study of the increasing number of human disease mutations discovered by high-throughput genomic analysis. Here, we present an advanced approach for the production of mouse disease models by microinjection of transcription activator-like effector nucleases (TALENs) and synthetic oligodeoxynucleotides into one-cell embryos. Within 2 d of embryo injection, we created and corrected chocolate missense mutations in the small GTPase RAB38; a regulator of intracellular vesicle trafficking and phenotypic model of Hermansky-Pudlak syndrome. Because ES cell cultures and targeting vectors are not required, this technology enables instant germline modifications, making heterozygous mutants available within 18 wk. The key features of direct mutagenesis by TALENs and oligodeoxynucleotides, minimal effort and high speed, catalyze the generation of future in vivo models for the study of human disease mechanisms and interventions.