大片段基因编辑技术mSwAP-In构建小鼠模型

        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，纽约大学Weimin Zhang和Jef D. Boeke等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，作者们选取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，作者们在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技术，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。

        原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06675-4