建立“类精子细胞”单倍体细胞系

中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组在最新研究中，建立了能稳定支持半克隆小鼠出生的“类精子细胞”单倍体细胞系，并证明这些细胞能携带CRISPR-Cas9文库一步产生大量携带不同突变基因的小鼠。相关成果于7月10日在线发表于《细胞—干细胞》。

能代替精子细胞使用的单倍体细胞系的建立为获取遗传编辑的动物模型提供了一种新手段。但此前的研究显示，半克隆小鼠的出生效率低（4.5%左右），且约一半的半克隆小鼠出现发育迟缓的现象。分析原因发现，原本在精子细胞中不表达的雄性印记基因H19在单倍体细胞和发育迟缓的半克隆小鼠中出现高表达现象，这暗示印记基因的异常表达或是导致半克隆小鼠胚胎发育异常的关键原因，通过调控该基因表达或有助提高半克隆小鼠的出生效率。

为验证这一假设，研究人员从H19-DMR被敲除的小鼠精子中建立了单倍体细胞系，发现将这些细胞注入卵子中后能显著提高半克隆小鼠的出生效率（达到8.7%）。但仍有1/3的小鼠出现发育迟缓现象。进一步分析发现，在H19-DMR敲除的细胞和发育迟缓的半克隆小鼠中存在另一个雄性印记基因Gtl2的异常高表达。为此，研究人员进一步在H19-DMR敲除的单倍体细胞中敲除了调控Gtl2表达的IG-DMR。令人惊奇的是，敲除后细胞能高效产生半克隆小鼠，出生效率达22%，且几乎不会产生发育迟缓的半克隆小鼠。研究证明，H19-DMR和IG-DMR是单倍体细胞获得“受精”能力的两大障碍，将这两个障碍去除后，能够产生高效支持半克隆胚胎发育的单倍体细胞。

研究人员进一步推测，如果H19-DMR和IG-DMR敲除的单倍体细胞能够携带CRISPR-Cas9文库，让单个的细胞携带一个sgRNA和Cas9核酸酶，通过注入卵子中则可以批量产生携带不同突变基因的半克隆小鼠，从而使得小鼠个体水平的遗传筛选成为可能。研究人员通过实验验证了这一设想，填补了在哺乳动物个体水平进行遗传筛选的空白，为遗传发育研究提供了新体系。