基因編輯可实现性别逆转?YES!

2019-04-03 16:29 by 鼎博彩票生物


2016年,德國聯邦最高法院駁回了一起要求國家在法律上允許第三性別被登記的訴狀。事情的經過大致是:1989年出生的一名女士在出生時由于呈現女嬰特征,因此在登記性別時,被登記爲女性。但是在成年以後,這位女士發現,自己既不完全具有女性特征,也不完全具有男性特征,是一個雙性人或者無性人。于是她到醫院檢查才發現她只有一條X染色體,而第二條染色體缺失,因此事實上她既不屬于男性,也不屬于女性。那麽具有XX染色體的人一定是女性嗎?具有XX染色體的人一定能發育形成卵巢嗎?

相关研究2009年12月份在《细胞》杂志上正式公开发表,论文的作者利用基因編輯的手段使雌鼠的FOXL2丧失功能,结果发现卵巢中的卵子皆死亡,最后将成长为卵子的滤泡慢慢地转变成史托利细胞,史托利细胞在睾丸中制造精子。最后发现,实验中的雌鼠对照组与雄鼠实验组的大小、皮毛等外观几无差异,并且除生殖器官产生变化外,没有任何异常[1]

無獨有偶,相似的情況再次發生了。一姑娘今年26歲,前段時間去鄭州大學第一附屬醫院咨詢,醫生建議抽血查染色體,結果出來她自己大吃一驚:她具有XY,是個男人。那麽問題來了,具有XY染色體的人一定是男性嗎?具有XY染色體的人一定不能發育形成卵巢嗎?


今天小编就给大家解读一篇发表在2018年8月份Science期刊上的文章“Sex reversal following deletion of a single distal enhancer of Sox9”,这篇文章利用基因編輯的方法构建基因敲除小鼠发现,雄性小鼠Enh13基因缺失后会长出卵巢,并且利用基因组学的数据直接证明了Enh13是Sox9基因的增强子,揭示了改变基因的非编码调控区域能够实现性别逆转[2]

發表雜志:Science

影響因子:41.058(2018年)

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正常的XX雌性小鼠(右)和发生性别逆转的XY雄性小鼠(左)。图片来源于Francis Crick研究所。


SOX9蛋白在哺乳动物早期性别决定和分化过程中发挥着重要的作用, SOX9功能失常会导致睾丸不能正常发育。正常的情况下,Sox9基因的表达量受Y染色体上Sry基因编码的SRY蛋白调控,因此含有X染色体和Y染色体的雄性才能发育形成出睾丸,而含有2条X染色体的雌性则发育形成卵巢。科研工作者分析大量病例发现,Sox9基因杂合突变会导致丘脑发育不良(Campomelic Dysplasia),70%的男性(XY)患者都会表现出女性性状[3,4]。在小鼠的睾丸中,位于Sox9基因上游的TES或者TESCO敲除后Sox9基因的表达量降低了55%,但是没有影响XY雄性的性别。那么在Sox9基因的上游是不是存在其他的增强子来系统性调控小鼠Sox9基因的表达呢?

本文的作者做了大量的工作,一步步解開了Enh13增強子如何影響Sox9基因的表達來影響性別逆轉的。

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图1. Enh13是位于XY染色体SR区域内的Sox9基因的促睾丸形成增强子。


作者首先利用DNaseⅠ-seq和ATAC-seq等技术在胚胎发育13.5至15.5天的塞尔托利氏细胞(Sertolil cell)中筛选出了Sox9基因上游33个假设的启动子,接着通过轉基因实验发现有14个启动子在发育的各个阶段都能促进Sox9基因的表达。应用报告基因小鼠模型进行逐一排除,作者发现在哺乳动物高度保守的Enh13是Sox9基因的增强子,并通过轉基因品系验证了Enh13的生理功能。


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图2. 敲除Enh13基因后,拥有XY染色体的雄性转变成雌性。


作者然后利用基因編輯技術,构建了Enh13基因缺失的纯合突变体。作者取胚胎发育13.5天突变体和对照组的性腺,通过HE染色发现Enh13基因缺失的杂合突变体胚胎能够正常形成睾丸,而纯合突变体则产生了异常发育形成了卵巢。(备注:FOXL2在卵巢中表达)


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图3. 体内Enh13调控Sox9基因的表达。


作者進而研究分子機制,即Enh13是怎麽調控雄性在胚胎發育的早期階段發育形成睾丸的。我們用突變體和對照組來研究Enh13對雄性決定因子(Sox9,Sry)和雌性決定因子(Foxl2和Sf1)表達的影響,結果我們發現單獨敲除Enh13就會降低Sox9基因的表達。


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图4. 体内SRY、SOX9蛋白和Enh13基因直接结合。


上面作者證明了Enh13調控Sox9基因的表達,那麽調控是否直接的呢?作者進而做了CHIP-seq(染色質免疫共沈澱)。我們知道SRY能夠和TESCO具有很強的結合作用,實驗結果表明,SRY與Enh13的結合能力比與TESCO的結合能力還強;同時證明SOX9與Enh13具有很強的結合能力。用牛胚胎睾丸也證明了相同的結論。因此,Enh13在哺乳動物中高度保守能夠與SOX9直接結合。

最後作者得出結論:Enh13是Sox9基因的增強子。

關于性別發生形成的機制科學家們一直在不斷關注和探索,經過不懈努力已經找到了雄性發育形成的關鍵因子(SOX9)和雌性發育形成的關鍵因子(FOXL2),並且發現Foxl2基因顯然與Enh13調控的基因Sox9基因保持著排斥關系,即當一種基因啓動,另一種則自動關閉。這就解釋了爲什麽具有XY染色體的雄性只能形成睾丸,具有XX染色體的雌性只能形成卵巢。



鼎博彩票生物专业从事基因編輯小鼠模型的研发,可提供的基因修飾類型包括基因敲除、基因敲入和人源化等,目前成品小鼠資源库已达1000种,累计构建小鼠模型逾4500例,想了解更多与小鼠模型相关的服务,可点击這裏查看。


相關文章連接:

1.Henriette Uhlenhaut, Susanne Jakob, et al. Somatic Sex Reprogramming of Adult Ovaries to Testes by FOXL2 Ablation. Cell, 2009, 139, (6):1130-1142.?

2.Nitzan Gonen, Chris Futtner, et al. Sex reversal following deletion of a single distal enhancer of Sox9. Science, 2018, 360, 1469-1473.

3.J. W. Foster, M. A. Dominguez Steglich, S. Guioli, et al. Campomelic dysplasia and autosomal sex reversal caused by mutations in an SRY-related gene. Nature,1994, 372, 525–530.

4.T. Wagner, J. Wirth, J. Meyer, et al. Autosomal sex reversal and campomelic dysplasia are caused by mutations in and around the SRY-related gene SOX9. Cell , 1994, 79(6):1111-20.?


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