5月11日，中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松研究組受邀在生殖領(lǐng)域老牌雜志Biology of Reproduction在線發(fā)表了題為“Artificial spermatid”-mediated genome editing的綜述論文，系統(tǒng)地介紹了“人造精子細(xì)胞”的產(chǎn)生、優(yōu)化和應(yīng)用，并深入討論了“人造精子細(xì)胞”的應(yīng)用前景。

 

        過去幾十年，各國科研人員致力于開發(fā)利用精子作為介質(zhì)來制備轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的技術(shù)方法。通過將精子與外源DNA進(jìn)行孵育，再體外受精（IVF），最后胚胎移植可以獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。這個(gè)方法雖然簡便快速，但是可重復(fù)性差。此外，由于精子遺傳物質(zhì)十分凝集，且不能在體外擴(kuò)增，因此無法用于基因打靶等復(fù)雜的基因修飾。2012年，李勁松研究組通過核移植的方法建立了精子來源的孤雄單倍體胚胎干細(xì)胞系（AG-haESCs）；AG-haESCs可以在體外長期擴(kuò)增培養(yǎng)，通過流式分選可以穩(wěn)定地維持單倍體細(xì)胞的存在，最為重要的是，當(dāng)注入卵母細(xì)胞后，它可以支持半克隆小鼠的出生（效率約2%）（Cell, 2012）。為擴(kuò)展AG-haESCs的應(yīng)用，研究組對(duì)限制AG-haESCs支持半克隆小鼠發(fā)育潛能的兩個(gè)“罪魁禍?zhǔn)住保?I>H19-DMR和IG-DMR）進(jìn)行了敲除，獲得了DKO- AG-haESCs（“人造精子細(xì)胞”）。“人造精子細(xì)胞”可以在體外進(jìn)行遺傳改造，并進(jìn)一步用于高效率產(chǎn)生遺傳修飾的半克隆小鼠（高達(dá)20%）（Cell Stem Cell, 2015），為功能基因組的在體研究提供了新方法。“人造精子細(xì)胞”介導(dǎo)的基因編輯可以用于研究印記基因的功能（Cell Research，2016）、篩選決定胚胎發(fā)育的關(guān)鍵基因（Cell Stem Cell, 2015）、在體篩選決定蛋白質(zhì)功能的關(guān)鍵氨基酸（Nature Cell Biology, 2018）、建立模擬人類疾病的小鼠模型（J Genet Genomics, 2017）、開展基因組標(biāo)簽計(jì)劃（Genome tagging project, GTP）（National Science Review, 2018）等。總的來說，“人造精子細(xì)胞”介導(dǎo)半克隆技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多樣化的基因編輯，并一步獲得相應(yīng)的基因修飾小鼠模型，有望為生殖、發(fā)育、人類遺傳學(xué)等領(lǐng)域提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。

 

        Biology of Reproduction創(chuàng)刊于1969年，為生殖領(lǐng)域著名雜志，為生殖領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。為慶祝Biology of Reproduction創(chuàng)刊50周年，該雜志特推出50周年慶特刊New Horizons in Reproductive Biology，邀請(qǐng)各領(lǐng)域內(nèi)著名科學(xué)家執(zhí)筆撰寫總共約20篇綜述。

 

       李勁松研究員為本文通訊作者，博士后汪凌波為本文第一作者。相關(guān)工作得到了生化細(xì)胞所GTP中心的支持，以及中科院、上海市科委、國家基金委等的經(jīng)費(fèi)支持。

 

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