构建人源肺类器官模型,发现调控新型冠状病毒RNA合成的宿主基因
批准号:
82072329
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
林瑛
依托单位:
学科分类:
病原生物与感染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:
林瑛
中文摘要
当前爆发的新型冠状病毒疫情严重威胁全球人类健康。冠状病毒复制涉及独特的病毒RNA“连续转录”和“非连续转录”的合成方式,虽然明确报道宿主因子是病毒RNA合成不可或缺的组分,但是这些宿主因子的身份和调控分子机制还不清楚。由于安全限制,目前只有P3实验室可研究病毒RNA合成,而且往往在人源或者其他物种的永生化细胞甚至肿瘤细胞中进行,不能全面有效模拟病人体内感染特征。在此,我们拟构建更接近人体生理的人源肺类器官模型来发现调控新型冠状病毒RNA合成的宿主基因。为此,我们拟基于新冠病毒RNA骨架,设计、测试并优化病毒RNA合成双组份报告系统,基因敲入该报告系统至人类胚胎干细胞中,分化干细胞为肺类器官,利用CRISPR微小文库和全基因组文库,功能性筛选并验证调控病毒RNA合成的关键宿主基因。此模型更贴近体内感染,并且可在常规实验室使用,将是研究新冠病毒RNA合成机制以及寻找药物新靶点的一种重要工具。
英文摘要
The current outbreak of SARS-CoV-2 seriously threatens human health worldwide. Coronavirus replication involves a unique synthesis method of "continuous transcription" and "discontinuous transcription" of viral RNA. Although it is clearly reported that host factors are indispensable components of viral RNA synthesis, the identity and regulatory molecular mechanisms of these host factors remain unknown. Due to safety restrictions, currently only P3 laboratories can study viral RNA synthesis, which is generally explored in immortalized cells or tumor cells of human origin or other species, which cannot fully and effectively simulate the characteristics of infection in patients. Here, we plan to develop a human lung organoid model that is closer to human physiology to discover host genes that regulate SARS-CoV-2 RNA synthesis. To this end, we plan to design, test, and optimize a two-component reporting system for viral RNA synthesis based on SARS-CoV-2 RNA backbone. This reporting system is then inserted into the genome of human embryonic stem cells via a knock-in method. The host genes regulating viral RNA synthesis are functionally screened in stem cell-derived lung organoids via a mini-library and a genomic library, which are based on CRSIPR/Cas9 technology. Key host genes are further verified. This model is closer to infection in vivo and can be used in routine laboratories. It will be an important tool for studying the RNA synthesis mechanism of SARS-CoV-2 and finding potential drug targets.
新冠病毒感染引发的疫情对人类健康构成严重威胁,深入研究其感染机制对于防范未来潜在的冠状病毒疫情至关重要。当前,活病毒研究主要在P3实验室中进行,且多采用永生化或肿瘤细胞,难以全面模拟体内感染特征。因此,建立更真实的体外模型以模拟病毒体内感染十分必要。本项目利用人源气道类器官和肺泡类器官,揭示了新冠病毒不仅感染纤毛细胞和肺泡II型细胞,还能感染棒状细胞,拓展了其细胞嗜性谱系。我们发现宿主细胞在感染过程中存在代谢异常,尤其是脂代谢失调。通过透射电镜等技术,我们清晰地观察到了新冠病毒的完整生命周期,并证实人源气道类器官和肺泡类器官可作为测试和筛选抗病毒小分子及中和抗体的有效平台。此外,我们尝试构建更安全的新冠病毒双组份报告系统,但遗憾未能成功。人多能干细胞来源的气道类器官和肺泡类器官是本项目的核心平台,我们利用该平台研究了SOX9在人肺发育中的作用,解析了呼吸道腺病毒感染机制,并探索了遗传损伤导致肺癌早期发生的机制。同时,我们开发了一系列基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术,包括miniCAFE基因激活系统、Cas12a-Plus系统、Tag-seq技术、DropCRISPRa系统、环状gRNA引导的基因编辑系统和高效的基因编辑器递送系统。这些技术不仅适用于基础研究,如肿瘤发生和细胞命运决定,还可用于转化研究,如CAR-T细胞和其他功能性治疗细胞的开发。通过本项目,我们优化了人多能干细胞分化为肺类器官的策略,揭示了新冠病毒的细胞嗜性、宿主响应以及药物反应等特征,并开发了一系列基因编辑技术,为广泛的生物学和医学研究提供了重要工具。
Ninj1的m6A修饰介导基底细胞质膜破裂调节气道稳态与损伤修复的机制研究
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批准号:82370003
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项目类别:面上项目
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资助金额:49万元
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批准年份:2023
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负责人:林瑛
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依托单位:
建立高保真CRISPR/Cpf1碱基编辑器治疗I型神经纤维瘤
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:林瑛
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依托单位:
国内基金
海外基金