小鼠前脑组织的生成

2024年4月25日，德克萨斯大学西南医学中心终身教授吴军、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉、周海波和中国科学院动物所、北京干细胞与再生医学研究院郭帆共通讯在Cell期刊发表题为“Generation of rat forebrain tissues in mice”的研究文章，提出了一个高效的异种囊胚互补系统并首次在小鼠体内生成了功能性的大鼠前脑组织，同时揭示了异种前脑补偿嵌合体背景下细胞发育的自主性和非自主性影响。这对于在进化背景下理解脑进化的机制具有重要意义。

传统的囊胚互补方法经常涉及构建影响特定器官发育的杂合基因突变小鼠，繁育这些小鼠以产生具有基因突变的囊胚，并将供体细胞注入这些突变囊胚中以形成囊胚互补嵌合体。这个过程不仅耗时耗力，且不适用于杂合致死的基因。利用传统囊胚互补方法来验证特定基因是否能支持某个器官的囊胚互补是一个漫长的过程。为解决这些限制，研究者引入了C-CRISPR（Cocktail of targeting sgRNAs in the CRISPR/Cas9 system）技术，这种技术通过使用多个gRNA结合Cas9来实现几乎100%的基因敲除效率，从而避免了基因编辑动物的需要。研究者结合C-CRISPR和囊胚互补技术，创建了一个新的系统，称为CCBC（C-CRISPR based Blastocyst Complementation），该系统允许快速验证目标基因是否适合囊胚互补，并能一步生成器官重构嵌合体。

通过CCBC平台证明了在小鼠囊胚中敲除Hesx1能够支持小鼠和大鼠干细胞重构前脑组织，展示了来源于mESCs和rESCs的神经元能在小鼠前脑中功能性地整合。揭示了异种前脑补偿嵌合体里脑组织的尺寸、密度发育速度与宿主一致，在转录组水平上大鼠细胞在小鼠胚胎里仍能维持自身的转录组特征。异种嵌合体技术不仅能够用于器官再生，还为研究脑相关基因调控网络、神经细胞间的通信以及在进化背景下的大脑功能提供了新的研究途径。

Figure 1. CCBC facilitates quick genetic screening for neural blastocyst complementation

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.03.017