Cell Discovery｜马元武/沈彬团队成功建立线粒体基因突变疾病大鼠模型

　　2021年10月19日，中国医学科学院医学实验动物研究所马元武和南京医科大学沈彬教授团队合作，在Cell Discovery上，在线发表题为Precision modeling of mitochondrial disease in rats via DdCBE-mediated mtDNA editing 的文章。

　　线粒体DNA（mtDNA）突变主要表现为碱基变化，它能够导致人类发生多种系统性疾病。迄今为止，发现人类mtDNA的致病变异已近300种，并且数量还在不断上升。目前，仍没有针对mtDNA 突变致病的有效治疗方案。因此，迫切需求包含精确的人类 mtDNA 突变的动物模型来揭示相关疾病的病理生理学进程并开发针对这类疾病的治疗方法。

　　大鼠作为作为最早（1850年）用与科学研究的实验动物，因为其在系统发育/驯化、长寿干预、病理/生理学和行为/认知等方面具有独特的优势。但受到大鼠胚胎干细胞基因打靶的技术限制，基因修饰大鼠的应用长时间受到制约。随着技术壁垒的突破，尤其是以CRISPR系统为代表的基因编辑技术的进步，大鼠将再次走向实验动物的舞台中央。对于线粒体，其双层脂膜结构限制了CRISPR系统中gRNA的进入，这导致依赖于gRNA基因编辑工具无法实现mtDNA的编辑。在2020年，由David R. Liu 等人利用DNA脱氨酶和TALE的结合开发出能够在实现mtDNA C·G到T·A编辑的单碱基编辑器DdCBE，这为mtDNA突变导致线粒体功能障碍的致病疾病动物模型的创制和相关基因治疗提供了可能。

　　在人体中，mtDNA TRNK基因中的G8363A突变与癫痫、心肌病及Leigh综合征相关。mtDNA TRNE 基因中的 G14710A 突变与线粒体肌病相关。本研究针对上述两个突变位点在大鼠中对应位点G7755和G14098，设计了一种利用DdCBE进行碱基编辑的方法（图1）来应用于G7755A和G14098A点突变大鼠建模以辅助相关疾病的深入研究。

图1 利用DdCBE在C6细胞中进行线粒体基因编辑

　　利用该技术建立的mtDNA点突变大鼠具高精确性和低脱靶效应，且mtDNA突变能够进行稳定的母系遗传。另外，此研究中建立的mtDNA G14098A点突变大鼠能够模拟人线粒体基因G14710A突变的临床表型（图2）。该研究为创建更多mtDNA突变相关疾病大鼠模型奠定了基础，也为进一步研究线粒体疾病的病理机制和药物筛选提供了动物模型资源。该资源将通过基因工程大鼠资源库（Rat Resource Database）和国家人类疾病动物模型资源库进行模型资源共享。

图2 线粒体基因突变大鼠的建立及其表型分析

　　中国医学科学院医学实验动物研究所马元武副研究员和南京医科大学沈彬教授为文章的共同通讯作者。中国医学科学院医学实验动物研究所的齐晓龙、张旭，南京医科大学的陈晓旭、郭佳银、孙海峰为文章的共同第一作者。
 

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41421-021-00325-7