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重症β地贫食蟹猴胚胎构建的高效突变基因敲入技术研究

批准号:
82060039
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
镡颖
依托单位:
学科分类:
血液系统疾病研究新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
镡颖

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
重症β地贫是我国南方地区高发的严重致死/致残的单基因遗传病。基因治疗是最有前景的根治手段,但在临床试验前应利用非人灵长类动物模型验证其有效性、安全性。申请者前期构建食蟹猴地贫模型时发现受精卵的基因敲入效率极低,针对发现的问题进行研究可极大提升食蟹猴地贫模型构建成功率。本项目拟利用Cas9连接53BP1特异突变体提高靶位点同源重组修复率、利用链霉亲和素与生物素高亲和性募集供体模板至靶位点、引入先导编辑技术等策略改进基因编辑技术,并通过荧光泛素化指示剂结合高内涵成像系统检测食蟹猴早期胚胎细胞周期时序以指导编辑时机,使β珠蛋白突变基因敲入效率提高至5-10%。在此基础上优化脱靶检测方法,从基因组、转录组等层面分析非特异性遗传修饰效应。阐明跨越受精卵基因敲入效率极低的内在机制,突破构建动物模型时受精卵基因编辑的技术瓶颈,建立安全、高效和精准的受精卵/早期胚胎编辑工作体系。
英文摘要
Severe β-thalassemia is a single gene genetic disease with Serious death/disability in southern China, with a huge need for treatment. The most promising cure mean is the gene therapy, in order to verify the safety and efficiency,it’s urgent to build the non-human primate disease model same to human mutant genotypes of severe β-thalassemia. When we constructed the cynomolgus monkey thalassemia model earlier, we found that the gene knock-in efficiency of the zygotes is extremely low.There is room for improvement worth exploring.Accordingly, this project intends to take advantage of some improved methods to increase knock-in rate to 5-10% in fertilized oocytes of cynomolgus monkey, such as increasing homologous recombination rate of target site by combination of Cas9 with special mutation of 53BP1, collecting biotinylated donor template to target site using the high affinity between streptavidin and biotin, introducing prime edit technology, guiding edit moment by monitoring cell cycle schedule of early embryos with the methods of fluorescent ubiquitination–based cell-cycle indicator combined to the high-connotation imaging system. Basing on this, the off-target detection method will be optimized and the effect of no special genetic modification will be analyzed by genome and transcriptome sequencing methods. Break through and cross the internal mechanism of extremely low efficiency of gene input of zygotes, break through the technical means of gene editing of zygotes when establish animal models, and establish a safe, efficient and accurate editing system for zygotes/early embryo.
本项目利用卵母细胞和早期胚胎发育时同源重组主要发生的S-G2期,对于提高基于同源重组原理的基因敲入研究至关重要的细胞周期特点。通过在2细胞原核初期进行显微注射,探析食蟹猴受精卵和早期胚胎的细胞周期时序轴和同步化情况,明确受精卵和2细胞阶段S-G2期的细胞发育时间分布范围,明确最佳编辑体系注射时机为2细胞时期。利用引导编辑(PE)技术在HUDEP2和293ET细胞株中进行效率的初筛,获得的候选体系进行食蟹猴体细胞水平的编辑验证。本项目利用PE技术得到了比较理想的编辑效率,通过对关键组分pegRNA、nickRNA和PE酶的不断优化设计和筛选,辅以MLH1dn和dNTP等增效因子,最后实现了食蟹猴受精卵水平的β珠蛋白点突变和小片段缺失突变的高效基因敲入,制定在食蟹猴受精卵中进行此靶向位点突变基因敲入的高效先导编辑体系和操作方案,显著提高先导编辑体系的基因敲入效率,最高可达50%以上,获得高效点突变精准编辑的技术方案。利用早期胚胎卵裂球发育全能性的特点,改进GOTI脱靶分析策略应用于食蟹猴2细胞胚胎,注射其中一个卵裂球后,分离培养两个卵裂球至植入前胚胎,通过基因组和转录组测序对比分析编辑和非编辑卵裂球发育的植入前胚胎,形成一套标准化基因组编辑脱靶的控制、检测、定义、分类和预测体系。甄选可用于食蟹猴胚胎β珠蛋白βCD17和HbE定点诱变的安全、高效的基因编辑体系。本项目发表学术论文5篇,SCI论文3篇,中文核心2篇;申请发明专利3项;培养博士毕业2人,硕士3人;获得卫生科技进步奖1项;主办和参加学术会议多场,培养基层医务产学研技术人员800多人;并发表罕见病诊治的科普文章2篇。该体系经过后期在构建合适的模拟人类点突变的β地贫食蟹猴模型后,用于该类点突变精准修复的基因治疗的临床前研究,为实现以基因敲入为目标的个性化精准基因治疗奠定前期技术和数据基础。
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