动物基因组定点整合转基因技术研究进展

传统转基因技术,如显微注射、转座子、慢病毒转染等将目的基因插入基因组内的整合方式是随机的,这些随机整合对后期转基因动物品系组建和育种带来诸多不利,因此有研究人员提出了定点整合转基因技术。目前该技术的定点整合效率非常低,主要取决于两个方面:一是靶位点产生DNA双链断裂(double-strand break,DSB)的效率;二是断裂后的靶位点与携带同源臂及外源基因的供体质粒发生同源重组的效率,其中同源重组修复(homologous recombination repair,HDR)是基因组定点整合最为依赖的修复机制。靶位点产生DSB后,机体的DNA修复既可能发生HDR,也可能发生非同源末端连接(nonhomologous end joining,NHEJ),并且两者之间存在竞争关系,因此激活HDR或抑制NEHJ都可提高定点整合转基因的效率。本文结合影响定点整合的因素,对提高定点整合效率最新探索方面进行了综述。

RNA干扰猪NHEJ通路修复因子对HR效率的影响

非同源末端连接(nonhomologous end joining,NHEJ)是动物基因组DNA双链断裂(double-strand break,DSB)修复的优选途径,通过与同源重组(homologous recombination,HR)竞争DSB靶点,进而抑制HR的效率。为提高HR效率,本研究针对猪NHEJ通路修复关键因子PNKP、LIG4和NHEJ1的编码序列,设计并合成相应的靶向小干扰RNA(small interfering RNA,si RNA),组成若干对RNAi(RNA interference)系统,将RNAi系统与报告质粒SSA-GFP reporter、HDR-GFP system和ss ODN-GFP system共转染至猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts,PFFs),检测敲低上述NHEJ关键修复因子后对HR的影响。RNAi结果显示,针对PNKP、LIG4和NHEJ1设计的si RNA均可显著敲低PNKP、LIG4和NHEJ1基因的表达(P<0.05)。选择干扰效果最好的si RNA与报告载体共转染PFFs,结果表明干扰PNKP基因表达后可显著提高单链退火(single strand annealing,SSA)修复效率、双链或单链DNA介导的同源重组定向修复(homology-directed repair,HDR)效率分别为55.7%、37.4%和73.1%(P<0.05),而干扰LIG4和NHEJ1分别提高双链和单链介导的HDR效率为37.5%和76.9%(P<0.05)。

大载体转染猪胎儿成纤维细胞的电转条件优化

【背景】随着生物技术发展,研究的生理机制和生物功能日益复杂,提高大载体的转染效率对多基因共表达系统、基因编辑技术、转基因育种等具有重要的意义。在转基因育种中,使用的转基因载体相对较大,而且转基因动物的制备效率也与供体细胞猪胎儿成纤维(porcine Fetal Fibroblasts,PFFs)细胞的转染效率有关。【目的】研究主要从转染参数、质粒用量和拓扑结构三方面,比较3种电转仪ECM~?830/NEPA21/Nucleofector^(TM)2b的大载体转染效率,以探索大载体转染PFFs的最佳条件。【方法】使用3种不同电转仪将长达26 kb的携带增强型绿荧光蛋白基因的pPXAT-EGFP质粒转染1×10~6个PFFs,48 h后使用流式细胞仪测定荧光细胞比例,从电转参数、质粒用量和拓扑结构三方面分别比较瞬时转染效率。【结果】首先比较电转仪不同参数的转染效率,结果显示当电转参数为脉冲电压300 V,脉冲长度1 ms,脉冲间隔50 ms,脉冲次数3次,NEPA 21转染PFFs的效率最高,为13.24%±1.63%,而Nucleofector^(TM) 2b的最佳电转参数为U-023,其转染效率高达46.36%±3.95%。然后在最佳电转参数下分别比较6、8、10和12μg的26 kb超螺旋质粒的转染效率,ECM~?830和Nucleofector^(TM) 2b转染PFFs的最佳质粒用量为12μg,其转染效率分别为8.44%±0.90%(电转参数:脉冲电压300 V,脉冲长度1 ms,脉冲次数3次)和14.63%±3.21%(电转参数:U-023),而NEPA 21使用10μg质粒转染PFFs时效率达到最高(6.09%±0.72%)。最后比较不同质粒拓扑结构的转染效率,结果显示线性化质粒的转染效率较低,仅为超螺旋质粒转染效率的34.96%—48.39%。【结论】因此Nucleofector^(TM) 2b转染PFFs的最佳条件为:U-023程序、12μg超螺旋质粒;NEPA 21为:脉冲电压200 V,脉冲长度3 ms,脉冲间隔50 ms,脉冲次数3次、10μg超螺旋质粒;ECM~?830则在脉冲电压300 V,脉冲长度1 ms,脉冲次数3次条件下转染12μg超螺旋质粒可获得最佳转染效率。综合比较上述3种电转仪,26 kb大载体转染PFFs的最佳电转仪是Nucleofector^(TM) 2b。

不同电转仪的电转参数、质粒用量和拓扑结构对猪胎儿成纤维细胞转染效率的影响

为获得猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts,PFFs)最佳的电转染效率,本研究利用荧光激活细胞分选技术(fluorescence activated cell sorting,FACS)辅助优化NEPA 21和Nucleofector?2b两种电转仪电转染PFFs细胞的参数,比较不同质粒用量和拓扑结构在ECM?830、NEPA 21和Nucleofector?2b中的转染效率。结果显示:NEPA 21电转PFFs的最佳穿孔参数为脉冲电压200 V,脉冲长度3 ms,脉冲间隔50 ms,脉冲次数3次,脉冲电压衰减幅度10%;Nucleofector?2b在U-023的转染参数下达到最高转染效率。ECM?830和Nucleofector?2b的最适质粒用量都为10μg,而NEPA 21为8μg;超螺旋质粒比线性化质粒的转染效率更高,且3种仪器中Nucleofector?2b转染效果最佳。本研究综合考虑电转仪、电转参数、质粒用量和拓扑结构的影响因素以优化PFFs的电转条件,为高效制备转基因猪及基因编辑猪的研究奠定基础。

组蛋白H3K27me3对骨骼肌发育调控研究进展

组蛋白甲基化是发生在核小体核心组蛋白各亚基N-端肽链的一种修饰方式。在组成核小体的4种亚基中,H3亚基N-端肽链第4、9、27、36和79等位点的赖氨酸为甲基化热点,甲基化类型包括一、二、三甲基化(mono-, di-, tri-methylation)。H3K27me3是发生在组蛋白H3亚基第27位赖氨酸的三甲基化,主要发挥转录抑制的作用,参与骨骼肌的发育调控。研究表明,H3K27me3能够与骨骼肌增殖和分化的关键转录因子(如MyoD和MyoG等)及细胞周期蛋白特异性结合,并与其他表观遗传调控因子lncRNA及miRNA等互作,对骨骼肌的增殖和分化时间以及程度进行精细调控。本文系统介绍了组蛋白甲基化的类型以及H3K27甲基化和去甲基化的生物学过程,总结了目前已报道的H3K27me3在骨骼肌成肌细胞增殖和分化过程中发挥的作用,以期辅助科研工作者了解H3K27me3在骨骼肌发育过程中的作用,以及为进一步提高哺乳动物肌肉品质提供参考。

三种小分子化合物对猪胎儿成纤维细胞DNA精确修复效率的影响

旨在研究3种小分子化合物(RS-1、Chir99021和PD173074)对猪胎儿成纤维细胞DNA精确修复效率的影响。本研究以猪胎儿成纤维细胞(porcine fetal fibroblasts,PFFs)为试验对象,利用HDR通路关键因子Rad51激活剂RS-1、Wnt信号通路关键因子糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase 3,GSK-3)抑制剂Chir99021和成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptor,FGFR1)抑制剂PD173074培养细胞,通过流式细胞术检测绿色荧光细胞数百分比来验证3种小分子化合物对DNA精确修复效率的影响。结果显示:1)经不同剂量的Chir99021和PD173074处理后,PFFs DNA损伤修复因子LIG4、NHEJ1、XRCC5、XRCC6和Rad51表达水平都显著下调(P <0. 05),而经不同浓度PD173074(0. 1～0. 5μmol·L^(-1))处理后,PNKP因子表达上调(P <0. 05)。2) Chir99021低剂量时可显著提高同源重组修复(homologous recombination,HR)介导的同源重组效率,Chir99021高剂量时可显著提高单链退火修复(single strand annealing,SSA)介导的同源重组效率; RS-1和PD173074低剂量时可显著提高HR效率(P <0. 05),但RS-1在高浓度时显著下调SSA修复效率(P <0. 05),而PD173074对SSA效率无显著影响(P>0. 05);此外单链寡核苷酸介导的DNA修复(single-stranded oligonucleotide,ss ODN)效率并不受小分子化合物处理的影响(P>0. 05)。本研究结果表明,适当浓度小分子化合物的应用有利于不同策略的基因敲入细胞系的产生,为获得精确的遗传修饰的动物模型打基础。