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利用CRISPR构建出的突变条形码记录每个细胞的发育历史

作者:文章来源:国际发布时间:2018-9-23 14:14:31

所有人的生命都起源自单个细胞(即受精卵),这个细胞重复地进行分裂,从而产生两个细胞,然后是四个细胞,然后是八个细胞,一直到组成新生儿的大约260亿个细胞。发育生物学的一大挑战是追踪这260亿个细胞是如何和何时从一个受精卵中产生的。迄今为止,这个领域到只能捕获和分析这个发育过程的快照。

如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛大学怀斯生物启发工程研究所、哈佛医学院、加州大学圣地亚哥分校和伊朗谢里夫理工大学的研究人员开发出的一种新方法最终有可能让这项艰巨的任务得以实现。这种方法利用不断变化的遗传条形码(genetic barcode)积极地 记录发育中小鼠的细胞分裂过程,从能够将小鼠体内的每个细胞谱系追溯到它的单细胞起源。相关研究结果于201889日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Developmental barcoding of whole mouse via homing CRISPR”。论文通信作者为哈佛大学怀斯生物启发工程研究所和哈佛医学院的George Church博士和Reza Kalhor博士。

这些遗传条形码是利用特殊类型的DNA序列创建出来的,该序列编码一种称为归巢向导RNAhgRNA)的修饰RNA分子,这种方法是由Church团队在2016年底开发出来的,发表在Nature Methods期刊上,标题为“Rapidly evolving homing CRISPR barcodes”。当酶Cas9存在时,所设计出的hgRNA分子引导Cas9到基因组中存在的hgRNA序列上,随后Cas9在此处进行切割。当细胞修复这种DNA切割时,它能够在hgRNA序列中引入基因突变,随着时间的推移,这些突变足以产生独特的条形码。

这些研究人员首先培育出一种创始小鼠(founder mouse,这种创始小鼠的基因组中散布着60个不同的hgRNA序列。他们随后让这种创始小鼠与表达Cas9蛋白的小鼠进行杂交,从而产生在受精后不久这些hgRNA序列就被切割并发生突变的受精卵。

每个hgRNA能够产生数百个突变等位基因;总的来说,它们能够产生独特的条形码,所产生的条形码包含着成年小鼠体内大约100亿个细胞中的每个细胞的完整发育谱系。

 

文章来源:生物谷

原文链接:

http://science.sciencemag.org/content/361/6405/eaat9804


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