从头构建定制的大脑区域

2018-10-12 绿谷生物 Nature
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 研究遗传学如何影响脑部疾病的科学家们长期以来寻求一种更好的实验模型。经过基因修饰的细胞系的体外培养物能够揭示某些基因如何影响精神疾病和脑癌产生的一些线索。但是这样的模型不能够提供可由经过基因修饰的小鼠提供的大脑功能的真实形式。

即便这样,精心培育的用于研究基因如何影响大脑的小鼠也有几个缺点。培育周期冗长且成本高,并且所需的基因特异性仅在小鼠幼仔出生时才能验证,但是不能保这种基因特异性一定会出现。

在一项新的研究中,来自美国波士顿儿童医院和加州大学旧金山分校的研究人员描述了一种新方法来构建定制的小鼠模型来研究大脑。首先,一种天然的毒素可用于在小鼠胚胎中杀死通常生长在前脑中的年轻脑细胞。随后就可利用经过基因改造的含有研究所需的特定遗传修饰的胚胎干细胞重建小鼠正在发育中的前脑。相关研究结果于2018年10月10日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Neural blastocyst complementation enables mouse forebrain organogenesis”。

图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0586-0。
 

这种“前脑替换(forebrain substitution)”导致遗传学特征受到严格控制的功能齐全的小鼠幼仔,从而允许科学家们能够在更大程度的控制下研究特定基因如何影响大脑疾病。

论文共同通信作者、波士顿儿童医院细胞与分子医学项目主任Fred Alt博士说,“我们认为这种策略是神经生物学家研究大脑许多方面的一种全新平台,从哪些基因控制大脑发育的基本知识到可能为脑癌和精神疾病寻找新的基因疗法。”

论文共同通信作者、Alt实验室的前实习生Bjoern Schwer博士说,“携带着由胚胎干细胞产生的大脑区域的小鼠在记忆和学习任务方面与正常小鼠是没有区别的。”

Alt及其团队(包括Schwer在内)也发布了一套详细的说明,这样世界各地的科学家们能够快速地在他们自己的神经生物学实验室中采用这种技术。

研究基因断裂和罕见的脑部疾病

Alt实验室开发这种技术的一个特殊目标是将它作为一种平台来研究一组他们最近在小鼠脑祖细胞中发现的极易发生断裂的基因。他们希望确定这些基因可能发生断裂的频率和机制,并确定这种断裂过程是否会导致神经精神疾病和脑癌。

更重要的是,Alt和Schwer相信这种技术可能用来协助开发个体化医疗。通过构建定制的小鼠大脑模型,医生科学家们可能能够模拟未确诊的患有罕见大脑疾病的患者的独特基因谱。

参考资料:

Amelia N. Chang, Zhuoyi Liang, Hai-Qiang Dai et al. Neural blastocyst complementation enables mouse forebrain organogenesis. Nature, Published Online: 10 October 2018, doi:10.1038/s41586-018-0586-0.