利用CRISPR/Cas9技术构建slc7a14基因斑马鱼突变体

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目的:视网膜色素变性是一种以进行性感光细胞凋亡为共同表现,具有高度遗传异质性的遗传性致盲性眼病。以往的研究表明,SLC7A14(SoluteCarrierFamily7MemberA14)基因突变可以导致视网膜色素变性,而在我国约2%的常染色体隐形遗传视网膜色素变性患者携带SLC7A14基因突变。以往研究中通过吗啉反义寡核苷酸技术(morpholino,MO)构建的slc7a14敲减斑马鱼模型出现小眼表型以及异常视动反应,初步验证slc7a14基因敲减可对斑马鱼视功能造成影响。但是由于吗啉反义寡核苷酸技术构建的斑马鱼模型的基因敲减效果无法定量且无法长期维持、可能出现虚假表型等技术限制,为了进一步深入研究slc7a14基因致病的分子机理,需要构建能够稳定传代的slc7a14基因敲除模型。本研究拟通过CRISPR/Cas9技术构建slc7a14基因斑马鱼突变体,利用视动反应(VisualMotorResponse,VMR)检测slc7a14基因突变对斑马鱼视功能的影响,为进一步研究slc7a14基因在视网膜色素变性疾病发展中的作用提供良好的实验动物模型。
  方法:我们首先利用定量逆转录PCR技术(quantitativereversetranscriptionPCR,qRT-PCR)和原位杂交技术,检测slc7a14基因在斑马鱼中的不同时间空间表达情况。然后通过体外合成sgRNA和Cas9mRNA,利用斑马鱼显微操作技术,敲除野生型斑马鱼AB品系的slc7a14基因。提取基因组DNA,通过测序结果进一步分析F1代斑马鱼基因型,构建可稳定传代的斑马鱼slc7a14基因突变体。最后利用视动反应检测slc7a14基因突变对斑马鱼视功能的影响。
  结果:定量逆转录PCR结果显示slc7a14在斑马鱼胚胎发育早期表达,其表达量随着斑马鱼发育逐渐上升。此外,slc7a14在成年斑马鱼的神经组织(脑,视网膜,脊髓)中表达量均较高,而在非神经组织(小肠,鳃,心脏,胰脏,肌肉,脾脏,睾丸)中表达量相对较低。斑马鱼整体原位杂交结果显示slc7a14在斑马鱼的脑及眼中高表达,与定量逆转录PCR结果一致。而斑马鱼眼部切片原位杂交结果显示,slc7a14主要在视网膜神经节细胞层(GCL)、外核层(ONL)、内核层(INL)高表达。通过向受精卵内注射靶向slc7a14基因4号外显子的sgRNA和Cas9mRNA,特异性敲除野生型斑马鱼slc7a14基因。DNA测序结果证实F1代slc7a14突变斑马鱼存在包含功能域起始位点在内的8bp碱基缺失。而视动反应实验显示相较于野生型斑马鱼,F1代杂合型斑马鱼slc7a14突变体的给光反应未出现明显变化,而撤光反应表现出反应时间延长、撤光反应运动幅度明显减小。
  结论:本课题的实验结果证明slc7a14在斑马鱼的神经组织中广泛表达,在视网膜的外核层中高表达。我们成功构建出slc7a14基因斑马鱼突变体,视动反应实验证实该突变体视功能存在一定程度损害,提示slc7a14可能在视觉中发挥关键作用,进一步验证slc7a14突变的致病性。同时,slc7a14基因斑马鱼突变体为进一步研究slc7a14基因在视觉形成中的生物学功能提供良好的动物模型。
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