利用CRISPR系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)：一種具有雙重作用的卵細胞成熟因子
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 來源：生物通 / 2017-01-05 08:12:32
來自同濟大學生命科學與技術學院，北京生命科學研究所等處的研究人員利用CRISPR/Cas9基因修飾系統(tǒng)構建了Sall4基因條件性敲除小鼠，從而發(fā)現(xiàn)SALL4能作為重要的轉錄因子和表觀遺傳調控因子參與卵母細胞成熟的調控機制。
領導這一研究的是同濟大學高紹榮教授，陳嘉瑜助理教授為共同通訊作者，第一作者為高紹榮教授課題組的碩士研究生許鍇和陳霞。高紹榮教授主要研究領域為干細胞與體細胞重編程，利用體細胞核移植與誘導多能干細胞技術從事哺乳動物早期胚胎發(fā)育和體細胞重編程分子機制與干細胞研究。
卵細胞的成熟關系到受精和早期胚胎發(fā)育的順利進行，是生殖醫(yī)學領域最重要的研究方向之一。Sall4（Splat-like4）在很多重要的生物學進程中起到關鍵作用，例如，參與胚胎干細胞的干性維持、細胞重編程、原始生殖細胞發(fā)育、精原干細胞的分化。
在這項研究中，研究人員首先利用CRISPR/Cas9基因修飾系統(tǒng)構建了Sall4基因條件性敲除小鼠，隨后將這種小鼠與Zp3-Cre或Gdf9-Cre小鼠進行交配、繁殖和基因型篩選得到在卵母細胞中特異性敲除Sall4基因的母鼠。研究人員發(fā)現(xiàn)這種小鼠無法產生成熟的卵母細胞，并且這些敲除了Sall4的卵母細胞呈現(xiàn)出極低水平的DNA甲基化修飾和異常紊亂的組蛋白修飾水平（分別是高水平的H3K27me3修飾以及低水平的H3K4me3修飾）。
同時研究人員還發(fā)現(xiàn)SALL4能夠調控與上述兩種組蛋白修飾相關的酶——Kdm5b、Kdm6a和Kdm6b基因的表達。他們進一步通過體外mRNA和siRNA注射的方法證實了異常水平的H3K4me3和H3K27me3修飾會導致一些重要的與卵細胞成熟相關基因的異常表達，從而闡釋了SALL4在卵母細胞的表觀遺傳成熟（epigeneticmaturation）上所起的重要作用。
這一研究首次觀察到Sall4基因的敲除能夠影響卵母細胞中DNA甲基化的建立，并且證明組蛋白修飾水平的穩(wěn)定對卵母細胞的轉錄組穩(wěn)定和進一步成熟具有不可或缺的作用。除此之外，研究者應用了CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)成功得到了條件性基因敲除的小鼠（Sall4loxP/loxP）和基因熒光標記小鼠（Sall4-mCherry），為在卵母細胞中研究Sall4基因的功能創(chuàng)造了有利條件。
另外研究應用了單細胞RNA-seq和單細胞RRBS等微量測序技術，從而解決了卵母細胞研究受制于細胞數(shù)量的問題。而且還應用了卵母細胞體外注射的方法，巧妙地驗證了異常的組蛋白修飾對卵細胞成熟的重要作用。這些方法的應用，充分展現(xiàn)了新技術的產生和發(fā)展對生命科學研究的推動作用。
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