我科學家用TALEN技術制備神經(jīng)疾病猴模型

2016年08月28日訊 對非人類的靈長類動物進行基因編輯，可帶來有價值的動物模型，用以探索人類遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因和治療策略。然而，到目前為止，密切模擬人類病理和行為缺陷的神經(jīng)系統(tǒng)疾病猴模型，還沒有被成功地制備出來。

國際學術期刊《Cell Research》在線刊登了我國科學家的一項重要研究成果，這項研究采用TALEN技術，制備了小頭畸形致病基因MCPH1突變體食蟹猴模型，并對這種MCPH猴模型的表型進行了描述。中山大學中山醫(yī)學院的項鵬教授、華南農業(yè)大學獸醫(yī)學院的楊世華教授和中科院北京動物所的周琪研究員，是本文的共同通訊作者。

人類胚胎干細胞可以用來開發(fā)各種不同的體外類器官培養(yǎng)系統(tǒng)，包括腦組織，可用于了解器官發(fā)生和疾病的相關機制。然而，人類的大腦包含超過1700億個神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞，它們分布在各個腦區(qū)。離體器官發(fā)生仍然不能充分地模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)和精神疾病。

在最近的幾十年中，基因編輯的動物模型，特別是嚙齒類動物模型，已經(jīng)被制備出來，用以加深我們對于致病機制的理解，并測試人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在療法。然而，因為人類和嚙齒類動物之間在行為、生理和解剖學上有著許多的差異，所以，許多嚙齒類動物模型不能真實地模擬人類的病情。由于非人靈長類動物的感知、認知和行為技能與人類非常相似，所以，開發(fā)非人靈長類動物模型，模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病，會非常有助于我們理解在人類大腦中運作的機制。

常染色體隱性遺傳性小頭畸形（MCPH）是一種神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙疾病，其主要臨床特征是頭圍減小伴隨一定程度非進行性智力退化。目前已經(jīng)確定了超過12個致病基因；第一個被稱為MCPH1。進化研究表明，MCPH1基因的變化對于人類大腦的增大起著重要作用。此外，該基因在人類和大猿的進化過程中顯示了積極選擇的證據(jù)。

MCPH1基因的截短可引起大腦尺寸顯著降低與身材矮小。一些患者表現(xiàn)出智力缺陷和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括痙攣。磁共振成像（MRI）顯示腦畸形的存在，如大腦中一個簡化的腦回格局，和胼胝體腦的發(fā)育不全。幾項精心設計的研究表明，MCPH1基因缺陷小鼠可表現(xiàn)出小頭畸形的一些關鍵特征，從而有助于我們了解致病機制。例如，Chen等人報道，MCPH1基因敲除小鼠表現(xiàn)出小的頭骨大小和聽力障礙。另一組研究也發(fā)現(xiàn)，由于海馬神經(jīng)前體細胞從對稱到不對稱分裂的過早切換，阻斷MCPH1可引起小頭畸形。到目前為止，研究人員在小鼠模型中沒有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)病學癥狀，并不是所有的MCPH1突變小鼠會表現(xiàn)出在人類患者中觀察到的大腦尺寸嚴重降低。因此，非人靈長類動物模型是十分可取的。

人類疾病的轉基因猴模型，如亨廷頓舞蹈病轉基因猴模型和自閉癥相關基因MECP2轉基因猴模型，已被創(chuàng)建出來，并被認為能夠比嚙齒類動物更好地模擬人類的行為和認知表型。

最近，一些研究使用轉錄激活因子樣效應核酸酶（TALENs）或CRISPR/Cas9改良了基因編輯技術。有兩組科學家曾經(jīng)報道用TALENs制備MECP2基因敲除猴子模型（相關研究：中國學者報道TALEN介導的獼猴和食蟹猴的基因敲除）。然而，目前尚不清楚的是，TALEN介導的基因突變形成，是否能在非人類的靈長類動物中有效破壞靶基因功能，并概括疾病表型。

在這項研究中，研究人員采用TALENs，制備了一個攜帶雙等位基因MCPH1突變的食蟹猴（Macaca fascicularis）模型。這種猴子模型能夠概括患者中觀察到的最重要臨床特征，包括標志性的頭圍減少、染色體早期凝集（PCC）、胼胝體的發(fā)育不全和上肢痙攣。

此外，MCPH1在突變的真皮成纖維細胞中的過度表達，可緩解PCC綜合征。這只猴子模型可以幫助我們闡明MCPH1在人類小頭畸形發(fā)病機制中的作用，并讓我們更好的了解這種蛋白質在靈長類動物大腦進化中的功能。

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