CRISPR/Cas9基因编辑技术在脑科学中的应用策略

基因编辑是对生物体基因组的目标基因进行精确切割、插入等操作.CRISPR/Cas9技术是基于向导RNA识别DNA靶序列,Cas9蛋白作为核酸酶切割DNA靶点来实现基因编辑.该技术自2012年报道以来已被不断改进,因具有普适、高效、简便等优点,迅速成为现阶段应用最广的基因编辑技术.在脑科学领域,CRISPR/Cas9技术不仅可应用于离体神经细胞,也可以在受精卵期、胚胎期或成年期应用;应用目的涉及脑基因与功能研究、基因敲除/敲入小鼠模型的构建、某些疾病的实验性治疗等.尤其是在一些遗传性疾病如视网膜色素变性、亨廷顿病的动物模型上,CRISPR/Cas9方法已经初步展示了令人鼓舞的治疗效果.未来,该技术将会在精确编辑效率与可控性方面有进一步提升,并可能在脑定向导入方法、脑神经环路解析等专业应用环节获得显著的发展.     

光遗传学研究

把视蛋白基因引入到哺乳动物脑的神经细胞。就可以通过光照导致神经细胞兴奋或抑制。由此发展起来的光遗传学技术深刻影响着神经科学的研究。     

“基因驱动”首次在哺乳动物中实现

正CRISPR技术目前可以用于设计雌性转基因小鼠,这样使特定的基因传递给后代的可能性大大增加近期,研究人员首次使用基因编辑工具CRISPR技术实现加速哺乳动物中特定基因的遗传。这项富有争议的"基因驱动"技术在多年前就在实验动物的繁育中崭露头角,现如今这项技术能够使得特定基因在整个物种中快速扩增。不仅如此,这项技术还大大激发了科学家的各种设想:是不是能够在动物体内导入某种致命的基因以消灭     

全球首例基因编辑人体临床试验在中国进行

正由四川大学华西医院的肿瘤学家卢铀领导的团队,从8月份起,开始在肺癌患者身上测试CRISPR-Cas9细胞,并将成为首个把CRISPR-Cas9基因编辑技术修饰的细胞注入人体的国家。据悉,这项临床试验将招募化疗、放疗等常规治疗无效的转移性非小细胞肺癌患者,从患者血液中采集T细胞,然后使用CRISPR-Cas9技术来敲除细胞中的一个基因。经过基因编辑的细胞会在实验室进行培养增殖,     

大脑的迅速发放和记忆的奥秘

改变单个神经细胞传递信号的效率,可能是脑储存信息的方法之—。但怎样实现这种改变呢?最近,勃朗宁(Michael Browning)和他的同事们,介绍了一种在脑的海马回内间接控制细胞活动的酶。海马回一直被认为与记忆有关,现在这种酶的发现,使我们更了解学习和记忆的生化基础了。     

利用GATA-2调控成分制备组织特异性表达GFP的转基因斑马鱼

ＧＡＴＡ－２是在多种血细胞和神经细胞表达的一种转录因子,调控血细胞和神经细胞的分化。利用斑马鱼ＧＡＴＡ－２基因５’侧翼调控序列和绿色荧光蛋白基因,获得了只在中枢神经细胞表达ＧＦＰ,或在神经细胞和表层细胞都表达ＧＦＰ的转基因斑马鱼种质系,同时还进一步证实了ＧＡＴＡ－２基因在胚胎发育中的时空表达谱。     

脑神经元在记忆中的关键作用

一组研究人员发现,脑内单个神经细胞倾向于选择性地识别特殊的语词和面容,这是在短期记忆过程发生的情况。该研究为人们了解人脑中与记忆有重要关系的海马组织功能提供了新的信息。神经生理学家盖里·赫特(Gary Heit)指出:“我们为研究脑的理论工作者首次提供了有关海马中实际进行活动的详尽细节,从而对脑子储存和提取信息的过程有所认识。     

中国首次尝试用CRISPR治疗HIV

<正>中国科学家对人类干细胞进行基因编辑,使其天然能够抵御HIV并将其移植到一名罹患血液系统肿瘤的HIV感染者身上。经基因编辑的细胞在患者体内持续存活了一年多且未引起明显副作用,但细胞数量较少,不足以降低血液中HIV的病毒载量。"这是在使用基因编辑技术治疗人类疾病道路上迈出的重要一步,"加州大学伯克利分校的生物学家费奥多·乌尔诺     

编辑人生

正生物学领域正在经历一场革命,基因编辑理论将颠覆人们的认知。你盘子里的食物,家中的宠物,夜里在你耳边嗡嗡作响的蚊子;你体内的细胞,甚至你下一代的大脑和身体……所有的这一切都将被一项新兴的"基因编辑技术"所改变,而这种改变,将会贯穿你的一生。虽然突破性、革命性这样的词汇已经被大众用得太多了,但如果要评价CRISPR基因编辑技术,这些词汇可能都显得太过苍白无力。     

不同发育状态下胡萝卜胚根基因的差异表达

研究表明,在真核生物中除少数看家基因外,大多数基因的表达不仅具有严格的时空特异性,而且在不同的发育阶段之间还存在着明显的异质性,在生物体的某一特定的发育阶段,细胞的RNA除了rRNA和tRNA之外,便是在这一特定时期表达的所有基因转录本的集合体。由此可见,处在不同发育阶段的mRNA,不论在数量上还是在种类上都存在着明显的差别。应用mRNA差别显示技术(mRNA differential display)可以从含有大约15000种mRNA的群体中,迅速地鉴别并克隆出差别表达的特定基因。     

克隆(Clone)——一种慢的分子开关

遗传工程技术最近已用来试图了解脑的信号传输系统。日本京都由Shosaku Numa领导的科研组已成功地建立了一种克隆分子,能用来测定一个细胞如何响应电信息。这种克隆分子是两类神经递质乙醯胆素受体中的第二类,即所谓蕈毒碱受体。神经细胞通过释放所谓神经递质的化学物质进行通讯联系。这种化学物质与相邻细胞膜中的特殊     

面向具身智能的网格细胞群表征空间认知方法

与基于结构化场景建模的传统导航算法不同,哺乳动物通过内嗅皮层和海马体中多种神经细胞的分工协作构建认知地图,实现了适用于非结构化场景且具有强鲁棒性、泛化性的导航.随着认知神经科学、人工智能等领域的发展,类脑导航在近年来受到了广泛的关注,成为实现“具身智能”中机器人环境认知与导航功能的可行方案.本文结合大脑空间认知机理以及同时定位与地图构建算法,提出了一种基于网格细胞群表征模型的移动机器人认知地图构建系统.在该系统中,网格细胞模型与位置细胞模型协同配合完成了位置表征、路径积分的功能.基于公开真实数据集的实验,验证了该系统在认知地图构建任务中的有效性与网格细胞群表征模型的度量特性.此外,这种脑启发式的认知地图构建系统为进一步揭示人脑的空间认知机理提供了有效的实验环境.     

基因编辑之枪向疾病开火——人体基因编辑时代或将到来

<正>科学家们的研究工作正在变得可能:编辑人类的基因来治疗和预防如同艾滋病和镰状细胞病之类的疾病。这引来科学界巨大的争议。更加有争议的是,它还有可能制造出"生物技术婴儿"。瞄准错误DNA基因编辑技术正在向我们走来。科学家们试图编辑人体胚胎的第一项研究工作于2015年4月中旬登上有关科学类杂志的头版,而另一项研究则向人们展示了基因编辑是如何可能预防儿童遗传性疾     

CRISPR使得癌细胞转攻肿瘤

正作为消灭癌症的一个设想,利用CRISPR培养"癌细胞间谍":通过基因编辑技术使得已经离开肿瘤原发部位并已经扩散的癌细胞成为"冷面杀手",这些"冷面杀手"静静等待原发部位肿瘤细胞,并消灭他们。在一项为期4年的研究工作中,研究人员利用CRISPR技术编辑了那些重回肿瘤原发部位的癌细胞。经过编辑后,这些癌细胞能攻击原发肿瘤细胞,改善了罹患脑肿瘤和乳腺癌脑转移的模型小鼠的存活率。这一研究结果发表在     

上帝的“手术刀”

正近些年,基因编辑技术飞速发展,现已在生物的各个方面有了突破性进展。许多专家和投资者认为基因编辑具有类似"手术刀"的潜力,可以从根本上治疗从癌症到罕见遗传病的大量疾病。相较于其他基因工程工具,基因编辑技术具有精确廉价、简单易用的特性,同时效果也非常强大。该技术发展迅速,已成为人类生物学、农业学和微生物学等领域专家中最受欢迎的基因编辑工具。科学家们对于如何利用基因编辑     

基因编辑还有很长的路要走

正基因编辑编年史可以追溯到30年前,第一次基因编辑是在酵母细胞实验中完成,但是直到近5年,随着CRISPR技术出现并且迅速成为目前最受欢迎的基因编辑手段,诞生于20世纪70年代末的重组DNA技术才真正被视为在人类新药研发中取得了革命性进步。专家预测这种基因编辑技术将会改造我们的星球,甚至改变我们生活的社会和周边的生物。基因编辑技术可能代表了药物研发的新     

长期记忆存储的神经编码与调控

人类根据自身以及后天学习获得的经验与知识,也就是记忆,适应并改造了自然界,从而创造了现代文明.建立在大脑神经元的物质基础之上,记忆承载了外界纷繁复杂的信息,整合了时间与空间等不同维度上的多感知信息,为大脑作出正确判断和操作提供支撑.通过对大脑记忆机制的研究不仅仅可以揭示脑高级功能的生物学基础,更加重要的是,可以提供一条由亿万年进化史选择的解决高级认知运算与高效信息处理的途径.近年来,对记忆机制的认知从突触、分子等生物层面渐渐深入到细胞编码、解码与整合等信息层面,依赖对大脑中信息编码直接相关的记忆印迹(engram)的深入研究则揭示了神经环路的记忆存储与调控机制.本文围绕记忆印迹细胞的分子、细胞、环路与信息处理机制的运用,回顾了近期记忆机制的研究进展,探索了记忆编码机制研究对生物大脑运作原理及类脑智能的深远影响.     

器官培养大突破

<正>生物学家正在建设"器官银行",并从中学习大量的人类发育相关知识。在十一月的一个普通日子里,玛德琳·兰卡斯特(Madeline Lancaster)发现她意外地培养出一个大脑组织。几个星期以来,她一直在试着把人类胚胎干细胞培养成神经细胞团,这种细胞团能发育为不同种类的神经细胞。但出于某些原因,她的细胞没在培养皿中贴壁生长,而是漂浮在培养基中,形成奇怪的、乳状的小球。"我其实不知道那究竟是什么。"兰卡斯特说,     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术治疗β-地中海贫血的最新进展

地中海贫血是β-珠蛋白基因(HBB)点突变或缺失引起的单基因遗传病,患者产生溶血性贫血,其生存主要依赖于反复输血及去铁治疗,最终导致多器官受损、衰竭,给个人、家庭和国家带来严重的经济负担.随着基因编辑技术的蓬勃发展,可能治愈基因突变性疾病的基因治疗应运而生,其中CRISPR/Cas9基因编辑技术凭其靶向特异性、经济性等优势备受关注,并已广泛应用于分子生物学以及生命科学领域的研究.如今CRISPR/Cas9基因编辑技术修复人多能干细胞HBB基因、诱导胎儿血红蛋白(HbF)合成或抑制α-珠蛋白基因(HBA基因)表达是治愈β-地中海贫血的三大可行性策略,相关临床试验已相继开展.本文就CRISPR/Cas9系统的研究进展、作用机制以及在治疗β-地中海贫血的最新研究与应用进行综述,涉及细胞实验、动物模型、临床试验等内容,并介绍了CRISPR/Cas9系统衍生的新型基因编辑工具碱基编辑器在该领域的研究应用,为促进β-地中海贫血从基础研究转向临床治疗提供新的思路和方向.     

一项新的细胞工程技术(L.B.技术)的创立和研究

创立了一项称为L.B.技术(Longevity Bud Technique)的新的细胞工程技术。这项技术是用化学物理方法促使染色质和细胞质从细胞壁的一处或几处、以不同的质和量通过扩大了的细胞间通道‘穿入’或通过密集的小的胞间通道‘渗入’相邻细胞,实现植物细胞对外源遗传物质或基因群的导入。它们的前导是细胞膜首先‘鼓入’相邻细胞,由于鼓入的细胞膜解体而使染色质和细胞质‘释入’相邻细胞。这项技术包括亲本胚性细胞团的诱导、分离和纯化;不同亲本胚性细胞的离散、组合、离心培养和新建细胞联结;新建胞间联结的两亲本胚性细胞团的增殖培养、活性K~+溶液处理和强化离心穿壁:选择培养系统的建立和植株分化以及杂种的鉴定等操作程序。采用这项技术,我们实现了烟草和菠菜、半夏和灰藜、胡萝卜和石刁柏、半夏和豇豆、胡萝卜和当归、石刁柏和当归、烟草和当归、半夏和胡萝卜、菠菜和当归、半夏和当归、半夏和美国莲花白等多种组合的细胞间染色质和细胞质的穿壁转移,再生了烟草+菠菜等科间杂交植株。经形态学,细胞学,遗传学,细胞分裂周期,代谢途径、植物化学和同功酶等研究表明,这项技术可以实现植物细胞对外源遗传物质的导入并使植物科间远缘杂交成为可能。由于它的普遍适用性和有效性,从而使这项技术成为植物细胞导入外源遗传物质或基因群的一项新的细胞工程技术。这项技术的创立为细胞生物学多方面的研究和广泛的应用前景提供了新的实验体系和理论依据。