“俯瞰”生命进程,中国科学家将主导基因组标签计划

2019-05-24 编辑: 来源:科技日报 作者:甘晓
“盲人摸象”和“地球卫星”,中科院生化与细胞所研究员李劲松5月23日在上海举行的香山科学会议第S47次学术讨论会上,展示了这两张原本毫不相关的照片。

在与会专家愉快的笑声中,李劲松解释,自2003年人类基因组计划(HGP)完成后,超过2.2万个编码蛋白质基因被揭示。但是,进入后基因组时代,蛋白质组功能研究的进展并不尽如人意。他直言,简单高效研究系统的缺乏,制约了蛋白质功能研究。

“好像盲人摸象,可能把局部的情况摸得很清楚,就希望拼凑出一幅全景。”而基因组标签的方式则有希望如同用卫星观测地球一样掌握全局的情况。

与会专家提议,应启动“基因组标签计划(GTP)”,并由我国科学家全权主导完成。

实时追踪蛋白质分几步?

李劲松向《中国科学报》介绍,该计划将在具有自主知识产权的“人造精子细胞”上进行单一蛋白质原位标签打靶,获得全基因组蛋白质的标签“人造精子细胞”库,进而通过卵子注射获得全基因组超过2万个蛋白的标签小鼠库,完成超过2万个标签蛋白质的生理组织表达谱分析,打造国际模式生物中心。

用通俗的话来说,科学家打算这么做:第一步,用CRISPR/Cas9基因编辑技术在一种被称为“人造精子细胞”的孤雄单倍体胚胎干细胞特定的基因序列上插入特定的“标签”序列,以获得带有基因标签的“人造精子细胞”。第二步,把这个细胞注入卵子,对小鼠进行“人工授精”,获得携带标签蛋白质的小鼠。第三步,打上“标签”的基因便可以在小鼠生长发育过程转录和翻译成为带有特定标签的蛋白质。

这样操作后,如同给蛋白质戴上了一顶帽子,科学家就能用技术手段在体、实时、动态地研究它们了。

据称,GTP已先期获得中科院战略先导B和上海市科委项目的支持,目前已经成立了中科院生化与细胞所GTP研发中心。科学家已经按照上述步骤获得了500多个标签的“人造精子细胞”和140多个标签小鼠品系。

“这为进一步大规模实施奠定了坚实基础。”李劲松表示。

中科院上海营养与健康研究所研究员韩敬东已经“近水楼台”地利用GTP开展了对一种包含溴结构(BrD)蛋白的研究。“我们第一次系统性地描绘了BrD蛋白家族维持干细胞的干性与自我更新的作用。”她在会议上告诉《中国科学报》。

助力精准医学

据了解,该计划将在5至10年内完成基因组范围超过2万株的“人造精子细胞”库,并获得5000余个重要蛋白质标签小鼠,形成有国际影响力的实验动物研发平台。

与会科学家对GTP在精准医学的未来用途也充满兴趣。

例如,在神经科学上,通过标签对大脑、小脑、脑干和脊髓等不同神经组织中特定蛋白质进行定量分析,能够帮助科学家了解这类分子的组织表达分布。

在癌症研究上,GTP可以与肿瘤表观遗传学进行结合,对表观遗传调控相关的转录因子与修饰因子进行基因表达的实时追踪,了解哪些分子在癌症发生发展中发挥了作用,从而为癌症治疗寻找新靶点。

在出生缺陷遗传机制上,GTP有机会解决在体示踪单个致病性突变基因表达涉及哪些器官、组织和细胞等重要问题。

会议执行主席、中科院院士、中科院上海营养与健康研究所研究员李林指出:“GTP计划由中国科学家利用自主研发技术主导完成,将开启蛋白质研究的新时代,希望中国生命科学家能第一时间利用这个平台开展研究。”

《中国科学报》 (2019-05-24 第1版 要闻)

来源:科技日报 作者:甘晓




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