2023年12月6日，集萃南宫28ng邀请到了纽约大学Institute for Systems Genetics助理教授张维民博士以基因工程小鼠模型为核心，为大家带来了一场精彩的线上主题报告-Genome Rewriting Generates Mouse Models of Human Diseases。报告由神经代谢心血管应用市场部应用科学家刘佳明博士主持。
基因工程小鼠模型（GEMMs）帮助我们理解人类疾病并开发新的疗法。基因组中非编码序列的重要性随着基因组学的发展逐渐被揭示，参与许多人类疾病中的基因时空表达调控和可变剪接。现有基因编辑技术在编辑大片段DNA有一定局限性，导致无法在GEMMs中准确模拟、重现人类疾病。为了克服以上局限性，张维民博士及同事共同开发了新的基因组编辑技术mSwAP-In（mammalian switching antibiotic resistance markers progressively for integration）。此部分成果已于2023年11月1日发表在Nature期刊上。
mSwAP-In技术首先需要将长片段基因序列整合到两组带有筛选标志的载体上。两组载体包含荧光蛋白（mScarlet或mNeonGreen）、正向筛选基因（puromycin或blasticidin），负向筛选基因（HSV-ΔTK或hHPRT1）以及一个universal gRNA target序列。在对哺乳动物细胞（如ES细胞）基因组进行编辑时，两组载体的交替使用可保证基因组长片段重写顺利进行。
为测试mSwAP-In基因编辑效果，张维民博士选取Ace2基因作为研究对象进行编辑，拟获得更接近人类表达、功能的人源化hACE2小鼠。大量可能含有启动子和增强子的基因间序列以及所有内含子，总长度为116kb和180kb的人源ACE2序列最终被精准整合到小鼠基因组上，替换了鼠源Ace2。结果显示，人源ACE2的时空表达谱在小鼠的体内得到了很好的重现，且产生了多种人特异性的转录单元。
现有的K18-hACE2人源化小鼠模型在病毒感染后的6-8天内体重急剧下降，最终导致全部死亡。然而，通过mSwAP-In构建的ACE2人源化小鼠模型则全部存活，且在血液样本中检测到中和抗体，这与大多数人类在感染新冠病毒后能通过体液反应恢复的情况相符。
为了扩大mSwAP-In的应用范围，张维民博士在ACE2人源化的小鼠胚胎干细胞中，同时对两个TMPRSS2等位基因进行了编辑。他在利用biallelic mSwAP-In对TMPRSS2进行人源化后，采用小鼠四倍体胚胎回补方法，成功培育出了ACE2和TMPRSS2双基因人源化的小鼠模型。这种方法避免了复杂且耗时的小鼠配繁过程，大大缩短了构建双基因编辑小鼠的时间。mSwAP-In的这一应用，将大片段基因编辑推向了新的高度。
报告结束后，张维民博士对观众感兴趣的问题进行了一一解答。最后，刘佳明博士和张维民博士对构建基因编辑小鼠时遇到的问题进行了讨论。张维民博士表示，哺乳动物基因的非编码区域的功能逐渐被揭示，可能参与到基因的表达、可变剪接等过程，因此在设计人源化小鼠构建策略时，尽可能将非编码区的调控考虑进来。刘佳明博士对集萃南宫28ng正在进行的野化鼠项目进行了介绍，张维民博士表示，实验室用鼠与野生鼠在饲养环境等方面有着多种不同，如噪音、饮食等。野化鼠项目会为鉴定新的基因及研究其功能提供新的资源和途径。
嘉宾简介
张维民博士毕业于清华大学，获博士学位，导师戴俊彪教授。后*进入纽约大学Jef Boeke院士实验室从事博士后研究工作。张维民博士现在为纽约大学Institute for Systems Genetics助理教授。张维民博士已发表研究论文20余篇，包含Nature,Science, Dev Cell, Mol Cell等。研究领域为合成基因组、小鼠疾病模型构建等。
