科学家创建更为精准的谱系示踪技术

中国科学院生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌研究小组在最新研究中将Dre-rox同源重组系统引入到基于Cre-loxP同源重组系统的传统遗传谱系追踪技术中，有效避免了非特异性Cre表达引起的非特异性(“异位”)同源重组。相关的研究结果最近发表在《自然医学》在线版上。

据介绍，目前，体内细胞谱系追踪技术主要是基于Cre-loxP同源重组系统。Cre在特征基因启动子的驱动下在特定细胞群中表达。当Cre小鼠与含有loxP位点的报道基因小鼠交配时，Cre通过识别loxP位点切除两个loxP位点之间的终止序列，从而使含有Cre的细胞群表达报道基因。由于这种切除位于基因上，因此是永久性的和不可逆的，所有表达Cre的细胞群及其后代(无论Cre是否表达)都将被报道基因蛋白永久标记。因此，使用这种细胞追踪技术可以分析特定细胞的起源和命运。

“虽然基于Cre-loxP系统的遗传谱系追踪技术是研究细胞命运可塑性的有力工具，但它也有自己的技术瓶颈。”周斌说，这项技术的准确性主要取决于Cre表达的特异性。如果在非靶细胞中有微量的Cre表达被称为异位表达，那么系谱追踪结果的可靠性将大大降低，这已成为近年来许多科学问题争论的主要原因之一。

为了解决这一技术瓶颈，何灵娟博士和其他人在周斌的指导下开发了一种新的谱系追踪技术，名为DeaLT。该技术将Dre-rox同源重组系统与传统的Cre-loxP同源重组系统相结合，Dre-rox切除细胞中可能引起Cre异位表达的loxP位点，从而有效防止Cre-loxP异位同源重组，提高Cre-loxP介导的谱系追踪结果的准确性。该系统包括两种策略，即DeaD-IR和DeaD-NR。dArE-IR策略适用于组成型Dre和诱导型Cre的组合，而dArE-NR策略适用于诱导型Dre和诱导型Cre的组合。

据报道，在该系统成功建立后，研究人员首先利用DeaD-IR策略解决了成人心脏c-Kit+心脏干细胞的问题。这个科学问题有争议的主要原因是c-Kit在心肌细胞中异源表达。传统的示踪技术不能仅使用Kit-Crer来示踪非心肌细胞中的c-Kit+干细胞，但DeaLT系统阻断了Kit-Crer在心肌细胞中的同源重组反应，成功实现了非心肌细胞中c-Kit+干细胞的特异性遗传谱系示踪。结果表明，在成人心脏生理稳态和损伤修复过程中，c-Kit+干细胞不分化为心肌细胞，主要通过血管生成参与心脏修复。

同时，DeaD-NR系统被用于解决肝脏领域中关于Sox9+肝细胞能否转分化为肝细胞的争议性问题。Sox9不仅在胆管上皮细胞中表达，也在肝细胞中少量表达。传统的谱系追踪技术使用Sox9-CreER标记胆管上皮细胞和部分肝细胞，因此很难判断Sox9-Crer标记的新生肝细胞的哪一部分来自损伤后。DeaLT技术实现了Sox9+胆管上皮细胞的特异性遗传谱系追踪。结果表明，在肝脏生理稳态和损伤修复过程中，Sox9+胆管上皮细胞没有分化为肝细胞。(黄鑫)

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2017年11月27日)