利用CRISPR/Cas9系统介导的基因敲入构建R778L类型肝豆状核变性疾病小鼠模型

摘要

肝豆状核变性是一类罕见的常染色体隐性遗传的铜代谢紊乱疾病，致病基因是ATP7B。由于ATP7B基因发生碱基突变、插入或者删除引起ATP7B蛋白功能受损甚至失活，进而导致机体铜离子淤积，引发肝脏损伤和神经系统受损。在亚洲地区，最普遍的类型是R778L，但是对于该类突变的发病机制尚不清楚，建立针对R778L这一类型的动物模型是十分必要的。 CRISPR/Cas9为代表的第三代基因编辑技术已经广泛应用于各项生命研究中，其中一项重要的应用就是构建疾病模型。CRISPR/Cas9介导的基因敲入为我们构建针对R778L突变的小鼠模型提供了可能。 首先，我们通过BLAST比对了人和小鼠中ATP7B基因和蛋白的序列，发现二者均高度保守，这在进化的角度提供了利用小鼠作为模式动物进行肝豆状核变性建模的理论支撑。其中，人类ATP7B基因R778L的突变对应小鼠的R780L突变。其次，我们通过CRISPR/Cas9系统进行小鼠受精卵显微注射，成功获得携带目的点突变的小鼠。经过交配纯化背景，我们获得纯合的R780L突变小鼠。紧接着，我们从病理和生理两个角度，检测R780L小鼠是否能够模拟肝豆状核变性的症状。实验结果证明，R780L小鼠存在明显的肝脏铜离子淤积以及血清ALT、AST的升高。最后，我们通过Deep sequence检测了潜在脱靶位点的情况，未发现有可检测出的脱靶效应。 综合看来，我们利用CRISPR/Cas9介导的基因敲入成功构建了针对人R778L类型的R780L突变小鼠。这为R778L类型肝豆状核变性后续发病机制的阐明以及基因治疗均提供了合适的载体。当然，我们的研究还处于初步阶段，关于R778L具体的分子探讨还未阐明。值得提出的是，之前针对肝豆状核变性的动物模型大多是敲除模型，这对于肝豆状核变性这类高度异质性的疾病来说是不合适的，我们期望通过我们的工作呼吁更多的针对特定突变类型来建立精确的动物模型，这样才有可能解决肝豆状核变性基因型与表型不匹配这一领域难题。