近年来，CRISPR-Cas9技术介导的突变筛选在小鼠和人细胞中已被广泛应用，而实现高效的小鼠个体水平遗传筛选对哺乳动物功能基因组研究具有重要意义。

 

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）李劲松和邹卫国研究团队合作应用孤雄单倍体胚胎干细胞（“人造精子细胞”）介导的半克隆技术，结合CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术，成功实现了小鼠骨发育相关基因的个体水平遗传筛选，并揭示Irx5基因作为骨发育过程中重要调控因子，通过抑制PPARγ分子促进成骨分化并抑制成脂分化，为小鼠发育过程中关键基因功能研究开辟了新的途径。该研究成果7月2日在线发表于《美国科学公共图书馆·生物》（Plos Biology）。

 

李劲松研究员告诉《中国科学报》记者，科研人员基于体外成骨分化过程高通量测序分析数据，筛选了72个潜在骨发育相关基因，建立了一个携带216个向导RNA（sgRNA）的单倍体干细胞库（即“人造精子细胞库”），其中的每个“人造精子”一般都携带一个针对不同基因的“sgRNA导航器”，精确定位到靶基因上并对其进行基因编辑。李劲松解释道，“我们将这些携带修饰基因的‘人造精子’逐一注射入小鼠MⅡ期卵母细胞，一个月不到，就获得了400多只携带不同突变基因的半克隆小鼠。”

 

邹卫国研究员说：“我们在这些小鼠出生后，就开始对其进行骨骼整体染色分析，依据骨骼大小、钙化、颅顶骨、长骨、椎骨形态等指标对每只小鼠进行评分。与此同时，我们利用每只小鼠携带的‘sgRNA导航器’对骨发育异常的小鼠所携带的‘靶基因’的测序分析，最终确定其是否存在基因突变。”

 

“我们从72个候选基因中筛选出了4个参与骨发育调控的关键基因 。”邹卫国进一步介绍说，“在这4个关键基因中，基因Zic1和Clec11a被其他研究证实参与骨发育调控，而基因Rln1和Irx5在小鼠骨发育过程中的功能尚不明确。为了验证它们在小鼠骨骼发育中的调控机制，我们构建了基因Rln1和基因Irx5敲除的小鼠模型来验证这两个基因在骨发育过程中的作用，发现敲除了Rln1基因的小鼠在出生时骨骼较小，而成年后差异不显著；敲除基因Irx5的小鼠在出生时和成年后骨骼较小和骨量下降特征均很显著，同时伴随着骨髓中脂肪形成增加的特征。进一步的分子机制研究表明，IRX5通过抑制PPARγ通路的激活，促进成骨分化同时抑制脂肪生成。”

 

“这项研究的理论价值在于首次实现了小鼠个体水平骨发育靶向遗传筛选。”谈及对于未来的临床应用价值，邹卫国表示，“我们希望我们的基础研究能为临床服务，为骨质疏松症的药物研发和临床应用等提供理论支撑。”

 

相关论文信息：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000350