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        基因敲除技術及其在研究線粒體動力學與胰島素抵抗關系中的應用進展

        2019-08-27 01:51:46徐佳關越琪于芷懿張成帥關鳳英劉芬
        生物工程學報 2019年8期
        關鍵詞:線粒體特異性位點

        徐佳,關越琪,于芷懿,張成帥,關鳳英,劉芬

        基因敲除技術及其在研究線粒體動力學與胰島素抵抗關系中的應用進展

        徐佳1,關越琪1,于芷懿1,張成帥2,關鳳英1,劉芬1

        1 吉林大學 基礎醫(yī)學院,吉林 長春 130021 2 吉林大學 臨床醫(yī)學院,吉林 長春 130021

        線粒體動力學即線粒體融合和分裂保持動態(tài)平衡的過程,該過程由融合/分裂相關蛋白精確調控完成,對于線粒體代謝、質量和功能有著重要的生理意義,而這些蛋白發(fā)生異??梢l(fā)線粒體動力學失衡,進而引起線粒體功能障礙并引發(fā)各種疾病狀態(tài)。文中圍繞基因敲除技術,詳細闡述了編碼融合/分裂相關蛋白的基因敲除鼠在胰島素抵抗研究工作中的作用及應用進展,以期為今后研究線粒體動力學失衡致胰島素抵抗的信號轉導機制奠定基礎。

        基因敲除技術,線粒體動力學,胰島素抵抗

        基因敲除在20世紀80年代后期出現(xiàn),是指通過特定的措施使生物體內特定的基因失活或缺失的基因重組技術。一般而言,基因敲除是依據(jù)DNA同源重組的原理,用設計的同源序列替換靶基因序列進而達到敲除的目的[1]。

        近20年來,隨著對分子生物學實驗技術的需求不斷加強,位點特異性重組 (Site-specific recombination) 技術的發(fā)展也日漸興盛,它是目前基因敲除技術中應用最方便和廣泛的一項技術。該項技術利用位點特異性重組酶 (Site-specific recombinase,SSR) 對特異性位點 (Secombination target site,RTS) 識別,在基因組上完成外源基因的倒置、置換和刪除等操作,具有重組效率高、靶向性好、操作簡單、重復性好等優(yōu)點[2],目前廣泛應用于實驗動物領域,主要通過干預目的基因進行相關疾病發(fā)病機制及治療的研究[3]。本文擬從基因敲除技術的發(fā)展、線粒體動力學與胰島素抵抗關系的研究進展及基因敲除鼠在胰島素抵抗中的研究進展三方面進行綜述。

        1 位點特異性重組系統(tǒng)在實驗動物研究中的發(fā)展

        位點特異性重組系統(tǒng)通常由SSR及RTS兩種組分構成。在研究比較成熟的SSR系統(tǒng)中,按照SSR序列的同源性可分成兩個家族:酪氨酸家族和絲氨酸家族。其中來自酪氨酸家族的Cre/lox P、FLP/FRT和Dre/Rox是目前研究最深入應用最廣泛的位點特異性重組系統(tǒng)[4]。

        1.1 Cre/lox P系統(tǒng)

        Cre (Causes recombination) 重組酶于1981年從P1噬菌體中發(fā)現(xiàn),編碼由343個氨基酸組成的38 kDa單體蛋白[5]。它具備一定的催化活性,并且類似于限制性核酸內切酶,識別的特異性位點稱為lox P,能同時使2個lox P位點間的基因特異性缺失。lox P的長度為34 bp,由2個13 bp的反向回文序列和1個8 bp核心序列組成。Cre重組酶具有高達70%的重組效率,并且可作用于各種結構的DNA底物 (如環(huán)狀、線性甚至超螺旋DNA) 而不需要額外的重組輔助因子[6],因此它被公認為是基因組工程的最佳SSR。目前正在研究和開發(fā)各種類型的Cre,例如與熒光分子融合的熒光Cre、經(jīng)過優(yōu)化的高表達Cre和在N-末端和C-末端具有不同啟動子的Cre。1998年Sauer和Henderson創(chuàng)建了表達Cre的小鼠細胞系,并提示由Cre介導的位點特異性重組發(fā)生在小鼠體內,表明原核Cre/lox P系統(tǒng)可在哺乳動物細胞中起作用,是一種強大的哺乳動物基因編輯技術[7]。

        這一系統(tǒng)操作非常簡單,在待敲除的一段目的基因序列的側翼各設置1個lox P序列,經(jīng)過Cre的切除得到Flox P (Flanked by lox P) 小鼠。當Flox P小鼠在與表達Cre的小鼠雜交時,目的基因正常表達,從而避免全基因敲除期間可能發(fā)生的嚴重發(fā)育缺陷或胚胎致死。為了實現(xiàn)更精準的基因敲除,可將Cre基因置于誘導型啟動子或增強子控制下,通過誘導Cre重組酶的表達來敲除2個lox P位點間的靶基因,使目的基因在小鼠發(fā)育的特定階段和特定組織中失活,而該基因在其他組織中正常表達,從而實現(xiàn)對目的基因時間和空間的雙重調控[8-9],目前的誘導型Cre重組酶系統(tǒng)主要有他莫昔芬 (TAM) 和四環(huán)素 (TET)。

        Cre/lox P系統(tǒng)普遍應用于各種生物的遺傳重組。Wesam等[10]使用Cre/lox P系統(tǒng)產(chǎn)生了條件性白細胞介素-1受體1 (IL-1R1) 小鼠突變體;Yuki等[11]應用Cre/lox P系統(tǒng)第一次構建出萊茵衣藻無標記的轉基因菌株。Chen等[12]通過組合使用CRISPR/Cas9和Cre/lox P系統(tǒng)在秀麗隱桿線蟲中進行了靶向染色體重排。

        敲除效率是Cre/lox P系統(tǒng)特異性敲除的一個重要問題。效率由幾個因素決定,包括Cre重組酶的活性、Flox P的性質以及Flox P在細胞增殖或存活中的功能。組織特異性Cre的表達水平由調控元件的活性所限制,而調控元件也控制內源性特異性基因。如果Cre表達水平不足以介導重組,則可以在構建載體的過程中修飾這些調節(jié)元件 (例如去除沉默子),然而這些修飾也可能導致Cre表達中組織或細胞特異性喪失。人源化Cre (hCre或iCre) 在哺乳動物細胞中表現(xiàn)出比常規(guī)Cre更高的活性,已被用于提高敲除效率[13]。另一個需要注意的問題是當Cre高水平表達時,Cre具有細胞毒性[14]。為了最小化Cre毒性,最好以誘導方式控制Cre的表達或活性,或者誘導Cre自身失活,即Cre基因側翼各放置一個lox P位點。

        1.2 FLP/FRT系統(tǒng)

        1980年Hartley等對釀酒酵母的2 μm雙鏈環(huán)狀DNA質粒的序列進行了測序,發(fā)現(xiàn)其結構上存在2個599 bp的反向重復序列[15]。這兩個重復序列之間能重組的特性,使酵母中2 μm環(huán)狀質粒存在兩種不同的構型[16-18]。經(jīng)過更深入的研究,發(fā)現(xiàn)在2 μm環(huán)狀質粒內發(fā)生的DNA重組屬于位點特異性重組。Broach等將催化這一重組反應的重組酶命名為“FLP” (Flippase recombination enzyme)[19]。

        FLP的特異性識別序列FRT長度為48 bp,包含3個13 bp的重復序列和1個8 bp的非對稱間隔區(qū)[20-21]。其中2個13 bp的重復序列與8 bp間隔區(qū)相鄰,同時也是重組酶識別和結合的位點,而FLP介導的DNA鏈斷裂、倒置、重接等重組過程都發(fā)生在8 bp間隔區(qū)[22]。FLP/FRT系統(tǒng)廣泛應用于微生物和高等真核生物,如大腸桿菌、絲狀真菌、玉米、秀麗隱桿線蟲、蠶、小鼠等[23-26]。

        Cre和FLP重組酶都屬于酪氨酸位點SSR,但是FLP介導的基因敲除效率較低。后來意識到FLP的效率之所以低于Cre,是因為哺乳動物細胞的最適溫度不合適。FLP重組酶的最適反應溫度是30 ℃,而不是一般細胞培養(yǎng)所需要的37 ℃[27]。因此,開發(fā)了增強形式的FLP——FLPe和FLPo,這使FLPe/FRT系統(tǒng)替代了Cre/lox P系統(tǒng)。Raymond等[28]的研究表明,F(xiàn)LPe和FLPo在小鼠ES細胞和轉基因小鼠中的重組效率達到了Cre重組酶的水平。如今,Cre/lox P和FLPe/FRT系統(tǒng)經(jīng)常組合使用來制備靶向重組體,F(xiàn)LPe/FRT系統(tǒng)負責去除標記物,而Cre/lox P系統(tǒng)負責DNA片段的研究。國際基因敲除小鼠協(xié)會 (The international knockout mouse consortium, IKMC) 經(jīng)常利用這種組合策略來生產(chǎn)新的基因敲除小鼠系。

        1.3 Dre/Rox系統(tǒng)

        Cre重組酶的毒性以及FLP的較弱特性使尋找新的SSR工具迫在眉睫。因此,最近出現(xiàn)了Cre樣SSR——Dre,經(jīng)研究它是一種與Cre同樣出色的重組酶。Dre在腸桿菌噬菌體D6的研究中被確定為Cre樣酶,特異的識別位點是Rox[29]。

        在大腸桿菌和中國倉鼠卵巢細胞中測試了Dre/Rox系統(tǒng),結果良好[30]。Anastassiadis等[31]在小鼠中已經(jīng)成功應用了Dre/Rox系統(tǒng)。Joon等[32]提出的重組作為一種新的有效的方法,可用于斑馬魚時間和空間的雙重調節(jié)。

        Dre/Rox的進一步應用包括基因組工程,如染色體易位、重組[33]。目前Dre/Rox系統(tǒng)研究較少,期待未來有關Dre/Rox系統(tǒng)的更多研究,為基因敲除技術的發(fā)展增添新的生機。

        1.4 小結

        位點特異性重組不僅可以避免傳統(tǒng)基因敲除技術導致的嚴重發(fā)育不足和胚胎致死,還可以對目的基因的表達從時空兩方面進行調控。其中Cre/lox P系統(tǒng)和FLP/FRT系統(tǒng)由于重組效率較高、操作簡單,已經(jīng)廣泛應用于各種生物的基因重組特別是高等真核生物的研究中,實現(xiàn)了各種常規(guī)技術難以實施的操作,如基因敲除、點突變、染色體易位、染色體組的大片段刪除等[34]。三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點比較如表1所示。

        2 線粒體動力學與胰島素抵抗關系研究進展

        胰島素抵抗 (Insulin resistance,IR) 是指靶組織在正常的血漿胰島素水平無法發(fā)揮正常降糖作用而產(chǎn)生的病理變化及臨床表現(xiàn)[35]。IR被公認為是糖尿病、高血壓、高血脂、肥胖和動脈硬化等代謝性疾病的共同土壤,同時,也是2型糖尿病及各種并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的重要因素。人類前瞻性研究認為IR是未來診斷2型糖尿病最好的預測指標[36]。而最新研究發(fā)現(xiàn)IR與線粒體動力學失衡密切相關,但兩者之間的因果關系尚不明晰。

        2.1 線粒體動力學

        線粒體的形態(tài)并不是一成不變的,相反在不同的生理條件下,線粒體經(jīng)歷高度動態(tài)變化以適應細胞能量需求。通過線粒體融合和裂變的連續(xù)循環(huán)發(fā)生,細胞內線粒體充分均勻分布,維持其網(wǎng)絡的動態(tài)平衡,稱為線粒體動力學(Mitochondrial dynamics)。線粒體融合/分裂周期可以平衡線粒體的生物能量、減少輕微受損的線粒體、去除嚴重受損的線粒體[37]。融合和裂變過程對于維持正常的細胞功能至關重要,例如線粒體呼吸活動、線粒體DNA (mtDNA) 分布、細胞凋亡、細胞存活和鈣信號傳導,而該過程由融合/分裂相關蛋白精確調控。

        目前發(fā)現(xiàn)參與哺乳動物線粒體動力學的GTPase家族成員蛋白有:線粒體融合執(zhí)行分子,包括定位于內膜的optic atrophy 1 (Opa1) 和定位于外膜的Mitofusin 1/2 (Mfn1/2),兩個線粒體融合時,首先尋找合適的平面進行外膜的融合,該過程由Mfn1/2介導,然后在Opa1的介導下進行內膜的融合,同時Opa1參與維持線粒體的嵴結構;線粒體分裂執(zhí)行分子,包括跨膜蛋白fission protein 1 (Fis1)、胞質中的dynamin-related protein 1 (Drp1) 和介導Drp1募集的外膜蛋白mitochondrial fission factor (Mff),線粒體分裂時,Drp1組裝成環(huán)狀結構以GTP依賴性方式收縮線粒體膜,而Fis1錨定于外膜使線粒體分裂。線粒體分裂因子49 kDa (MiD49) 和51 kDa (MiD51) 還可以在沒有Fis1和Mff的情況下介導裂變[38]。線粒體融合分裂過程見圖1。線粒體融合被認為是有益的,因為它與線粒體功能和ATP的產(chǎn)生增加有關。相反,過度的線粒體分裂是有害的,因為它影響線粒體功能并使ROS增加[39]??傊?,線粒體動力學是調節(jié)線粒體功能和形態(tài)的主要方式,對正常的生命活動具有非常重要的生理意義,而上述融合/分裂關鍵蛋白發(fā)生異常即可引發(fā)線粒體動力學失衡,進而誘發(fā)各種疾病狀態(tài)。

        2.2 線粒體動力學失衡與胰島素抵抗的關系

        雖然有很多類型的體細胞表達胰島素受體,但是肝臟、骨骼肌和白色脂肪組織是胰島素產(chǎn)生生物學效應的主要器官,在能量代謝中直接發(fā)揮作用,與葡萄糖穩(wěn)態(tài)密切相關,因此IR也主要在這3種組織中發(fā)生。

        肝臟是機體能量代謝的樞紐,在糖脂代謝中發(fā)揮著決定性作用。作用于肝臟的胰島素是其他組織的2–3倍,而胰島素能快速有效地降低肝臟葡萄糖輸出 (Hepatic glucose production,HGP),因此肝胰島素抵抗是2型糖尿病發(fā)病機制的重要因素。IR狀態(tài)下,胰島素抑制HGP的能力顯著下降,表現(xiàn)為肝糖異生和糖原分解增加,從而使肝葡萄糖輸出增多,進一步加重高血糖。目前已有證據(jù)顯示,在肥胖的db/db小鼠存在著肝細胞ATP水平下降、線粒體功能紊亂、肝臟線粒體呼吸作用和脂肪酸氧化能力減弱的表型。而蛋白表達方面,介導線粒體分裂的Drp1有不同程度的增多,而介導線粒體融合的Mfn2表達降低了45%[40]。

        表1 三種位點特異性重組系統(tǒng)的比較

        圖1 線粒體融合/分裂的調控過程

        骨骼肌是一種耗能的組織,它負責高達80%的胰島素作用下的葡萄糖消耗[41],IR狀態(tài)下,骨骼肌對葡萄糖的攝取和利用降低,肌糖原生成減少。在胰島素抵抗患者的肌肉活檢中發(fā)現(xiàn),線粒體呼吸鏈生物氧化能力下降,同時電鏡觀察到線粒體密度和數(shù)目明顯降低,提示骨骼肌在IR狀態(tài)下線粒體動力學失衡[42]。電鏡觀察Zucker大鼠骨骼肌細胞顯示線粒體網(wǎng)絡結構降低了近25%,且融合執(zhí)行分子Mfn2表達水平顯著下降[43]。Jheng等[44]發(fā)現(xiàn)高脂誘導骨骼肌細胞可以增加線粒體分裂蛋白Drp1和Fis1的表達,促進氧化應激,減少ATP生成,抑制胰島素刺激下的葡萄糖攝取和利用。

        脂肪組織是一個巨大的內分泌器官,它分泌多種脂肪因子如脂聯(lián)素、瘦素和TNF-α,以調節(jié)其他組織如肝臟和肌肉中的葡萄糖代謝,進而維持葡萄糖的體內平衡,而且它對胰島素非常敏感。在IR狀態(tài)下,胰島素抑制脂肪分解作用減弱,從而使血液中的游離脂肪酸増多[45]。Chun等[46]發(fā)現(xiàn)用高濃度的游離脂肪酸處理已分化的3T3-L1脂肪細胞,線粒體分裂蛋白Drp1表達升高,而線粒體融合蛋白Mfn2表達下降。Li等[47]報道二甲雙胍和白藜蘆醇通過抑制Drp1的活性來保護線粒體完整性,并通過抑制內質網(wǎng)應激阻止了NLRP3炎性體激活,從而保護脂肪組織免受高葡萄糖損傷。

        以上研究發(fā)現(xiàn)線粒體動力學失衡即線粒體融合/分裂蛋白異常與IR密切相關,為進一步研究線粒體動力學失衡與IR的因果關系,編碼融合/分裂相關蛋白的基因敲除鼠被大量應用于相關研究當中。

        3 基因敲除鼠在研究線粒體動力學與胰島素抵抗關系中的應用

        3.1 肝臟特異性敲除drp1 (drp1LKO) 小鼠

        LKO (-Liver-KO) 小鼠是lox P/lox P小鼠和Alb-Cre小鼠雜交產(chǎn)生的。

        高脂飲食喂養(yǎng)時,與對照小鼠相比,LKO小鼠的肝臟和附睪白色脂肪重量減少,胰島素敏感性升高、葡萄糖耐量顯著改善,但血漿胰島素水平?jīng)]有顯著差異。分析糖酵解關鍵酶 (丙酮酸激酶[PK1]、葡萄糖激酶[GCK])、糖異生關鍵酶 (磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶[PEPCK]、葡萄糖-6-羧酸酶[G6pase]) 和過氧化物酶體增殖激活受體γ共激活因子1α (PGC-1α) 的mRNA水平,發(fā)現(xiàn)GCK、G6pase和PGC-1α在禁食的LKO小鼠的肝臟中顯著下調[48]。顯示肝臟特異性敲除可以抑制高脂飲食誘導的肥胖,故可能是干預代謝性疾病如肥胖癥和糖尿病的潛在靶點。

        3.2 肝臟特異性敲除mfn1 (mfn1LKO) 小鼠

        LKO小鼠是lox P/lox P小鼠與白蛋白啟動子控制下表達Cre重組酶的C57BL/6小鼠雜交產(chǎn)生的。經(jīng)過Western blotting驗證,LKO小鼠肝臟中Mfn1表達完全消失。肝臟中MFN1表達的缺失伴隨著Mfn2和線粒體動力學其他蛋白的補償性增加,例如Opa1、Drp1和MFF,這提示肝臟線粒體動力學的改變。肝臟中的Mfn1缺乏導致優(yōu)先使用脂質作為能量來源且線粒體生物合成增加。在高脂飲食條件下,相比于對照小鼠,LKO小鼠表現(xiàn)出較低的空腹血糖及顯著降低的循環(huán)胰島素水平,且保持更高的胰島素敏感性。這可能與高脂飲食喂養(yǎng)時LKO小鼠中TCA活性較高和氧化磷酸化水平偶聯(lián)作用更強有關,從而防止可能損害胰島素作用的酰基肉堿類的積累。此外,LKO小鼠經(jīng)二甲雙胍處理后肝臟顯示出高AMPK活化,與對照小鼠相比降血糖作用更為明顯[49]。故降低Mfn1水平可提供一種新的治療2型糖尿病的策略,以改善二甲雙胍耐藥人群對藥物的敏感性。

        3.3 肝臟特異性敲除mfn2 (mfn2LKO) 小鼠

        LKO小鼠是由lox P/lox P小鼠和Alb-Cre小鼠雜交產(chǎn)生。在高脂飲食條件下,LKO小鼠肝臟葡萄糖分泌增多,葡萄糖耐量受損,血漿胰島素水平升高,出現(xiàn)IR。LKO小鼠的葡萄糖耐量損傷是由糖異生所導致的肝葡萄糖升高和糖異生關鍵酶 (丙酮酸羧化酶[PC]、G6pase、PEPCK) 的編碼基因的表達升高造成的[50]。

        3.4 褐色脂肪組織特異性敲除mfn2 (BAT- mfn2-KO) 小鼠

        BAT--KO小鼠是lox P/lox P小鼠和Ucp1-Cre轉基因小鼠雜交而產(chǎn)生的。

        BAT中的缺失使BAT中脂質增加,但高脂飲食喂養(yǎng)的BAT--KO小鼠與對照小鼠相比空腹血糖水平和肝脂肪變性沒有顯著性差異,然而胰島素敏感性得到改善,葡萄糖耐量降低,并且BAT的糖酵解能力也升高[51]。

        3.5 非特異性敲除mfn2 (mfn2-KO) 小鼠

        -KO小鼠是lox P/lox P小鼠與MEF2C啟動子控制下表達Cre重組酶 (MEF2C-73K-Cre) 的小鼠品系雜交,產(chǎn)生-KO小鼠。

        在骨骼肌、心臟和大腦中,-KO的MFN2蛋白表達減少了80%,在脂肪組織、腎臟和肝臟中表達減少了近50%。免疫熒光分析表明,-KO小鼠的肌肉纖維中,Mfn2明顯減少。此外,-KO小鼠的骨骼肌表現(xiàn)為線粒體分裂增加。

        高脂飲食喂養(yǎng)的-KO小鼠與對照組相比葡萄糖耐量受損、血漿胰島素水平升高,產(chǎn)生IR,但胰島素敏感性并沒有顯著性差異。敲除后損害了肝臟、骨骼肌的胰島素信號通路;另外肝臟和肌肉中線粒體功能紊亂、過氧化氫濃度增高[50]。以上融合/分裂基因敲除小鼠與IR關系總結如表2所示。

        表2 融合/分裂基因敲除小鼠與IR關系

        4 結語與展望

        筆者課題組綜述報道融合/分裂的關鍵蛋白異常引起的線粒體動力學失衡與糖尿病外周胰島素抵抗密切相關,但線粒體動力學失衡究竟是胰島素抵抗的起因還是結果尚有待深入探究[52]。本文綜述線粒體融合/分裂相關基因敲除鼠研究結果表明,肝臟特異性敲除、可使胰島素的敏感性升高,抑制高脂飲食誘導的肥胖;全身非特異性或肝臟特異性敲除可引發(fā)IR,但褐色脂肪組織特異性敲除卻可以改善IR;筆者課題組未發(fā)表的數(shù)據(jù)顯示,對Opa1進行沉默干擾,線粒體復合物Ⅰ的表達下降,分裂蛋白Drp1的表達上升,糖異生關鍵酶PEPCK表達上升,誘發(fā)肝胰島素抵抗。這些結果說明融合/分裂基因敲除鼠的基因缺陷特異性與靶組織的選擇性均會對機體產(chǎn)生不同的影響,對于研究線粒體動力學與胰島素抵抗相互關系具有非常重要的價值,也為糖尿病及肥胖癥的發(fā)病機制與藥物治療的信號轉導研究提供了穩(wěn)定、可靠的模型。筆者課題組長期從事糖尿病研究,先后報道了人參皂苷Compound K可通過激活AMPK改善高脂聯(lián)合STZ誘導的糖尿病小鼠的肝糖異生[53];MiR-27a通過直接抑制PPARγ刺激巨噬細胞浸潤和極化來調節(jié)高脂誘導的肥胖小鼠的胰島素抵抗[54];通過2型糖尿病大鼠模型發(fā)現(xiàn)H6PDH與11β-HSD1之間的相互作用與2型糖尿病的發(fā)病機制有關[55]。后續(xù)利用融合/分裂相關基因敲除動物模型對上述信號傳導通路的研究將進一步揭示胰島素抵抗的分子機制,為糖尿病胰島素抵抗的研究提供了可靠的工具和潛在方向。以上基因敲除小鼠所使用的皆為Cre/lox P系統(tǒng),利用該系統(tǒng)不僅能有效地克服外源基因在染色體中隨機整合所帶來的不確定性,縮短模型動物建立的時間,還可以實現(xiàn)目標基因在時間和空間上的精確表達調控,為研究類似IR等代謝性疾病的發(fā)病機制及治療提供了一種全新的手段,而其他的基因敲除技術也有待新的發(fā)掘與發(fā)展。

        [1] Capecchi MR. Altering the genome by homologous recombination. Science, 1989, 244(4910): 1288–1292.

        [2] Gu X, Li Y. The development of site-specific recombination. Lett Biotechnol, 2005, 16(4): 417–419 (in Chinese). 谷欣, 黎燕. 位點特異性重組技術研究進展. 生物技術通訊, 2005, 16(4): 417–419.

        [3] Olorunniji FJ, Rosser SJ, Stark WM. Site-specific recombinases: molecular machines for the genetic revolution. Biochem J, 2016, 473(6): 673–684.

        [4] Zhang L, Zhao GP, Ding XM. Site-specific recombination systems: mechanisms and applications. Sci Sin Vitae, 2011, 40(12): 1090–1111 (in Chinese).張霖, 趙國屏, 丁曉明. 位點特異性重組系統(tǒng)的機理和應用. 中國科學: 生命科學, 2011, 40(12): 1090–1111.

        [5] Nagy A. Cre recombinase: the universal reagent for genome tailoring. Genesis, 2000, 26(2): 99–109.

        [6] Abi-Ghanem J, Samsonov SA, Pisabarro MT. Insights into the preferential order of strand exchange in the Cre/loxP recombinase system: impact of the DNA spacer flanking sequence and flexibility. J Comput Aided Mol Des, 2015, 29(3): 271–282.

        [7] Sauer B, Henderson N. Site-specific DNA recombination in mammalian cells by the Cre recombinase of bacteriophage P1. Proc Natl Acad Sci USA, 1998, 85(14): 5166–5170.

        [8] Bouabe H, Okkenhaug K. Gene targeting in mice: a review. Methods Mol Biol, 2013, 1064: 315–336.

        [9] Lan C, Ren LN, Wu M, et al. Deletion of marker gene in transgenic goat by Cre/loxP system. Chin J Biotech, 2013, 29(12): 1847–1854 (in Chinese).蘭翀, 任麗娜, 吳敏, 等. 利用Cre/lox P系統(tǒng)刪除轉基因山羊體內的選擇標記基因. 生物工程學報, 2013, 29(12): 1847–1854.

        [10] Abdulaal WH, Walker CR, Costello R, et al. Characterization of a conditional interleukin-1 receptor 1 mouse mutant using the Cre/loxP system. Eur J Immunol, 2016, 46(4): 912–918.

        [11] Kasai Y, Harayama S. Construction of marker-free transgenic strains of chlamydomonas reinhardtii using a Cre/loxP -mediated recombinase system. PLoS ONE, 2016, 11(8): e161733.

        [12] Chen XY, Liao SM, Huang XY, et al. Targeted chromosomal rearrangements via combinatorial use of CRISPR/Cas9 and Cre/LoxP technologies in. Gen Genom Genet, 2018, 8(8): 2697–2707.

        [13] Kanayama M, Nakao K, Horie S, et al. Generation of transgenic mouse line with prostate-specific expression of codon-improved Cre recombinase. Prostate Int, 2018, 6(3): 99–103.

        [14] Loonstra A, Vooijs M, Beverloo HB, et al. Growth inhibition and DNA damage induced by Cre recombinase in mammalian cells. Proc Natl Acad Sci USA, 2001, 98(16): 9209–9214.

        [15] Hartley JL, Donelson JE. Nucleotide sequence of the yeast plasmid. Nature, 1980, 286(5776): 860–864.

        [16] Li ZW, Li YR, Gu ZH, et al. Development and verification of an FLP/FRT system for gene editing in. Chin J Biotech, 2019, 35(3): 458–471 (in Chinese). 李宗文, 李由然, 顧正華, 等. 地衣芽胞桿菌FLP/FRT基因編輯系統(tǒng)的構建及驗證. 生物工程學報, 2019, 35(3): 458–471.

        [17] Jayaram M, Li YY, Broach JR. The yeast plasmid 2μ circle encodes components required for its high copy propagation. Cell, 1983, 34(1): 95–104.

        [18] Volkert FC, Broach JR. Site-specific recombination promotes plasmid amplification in yeast. Cell, 1986, 46(4): 541–550.

        [19] Broach JR, Hicks JB. Replication and recombination functions associated with the yeast plasmid, 2μ circle. Cell, 1980, 21(2): 501–508.

        [20] Senecoff JF, Bruckner RC. The FLP recombinase of the yeast 2-micron plasmid: characterization of its recombination site. Proc Natl Acad Sci USA, 1985, 82(21): 7270–7274.

        [21] Sadowski PD. The FLP double cross system a simple efficient procedure for cloning DNA fragments. BMC Biotechnol, 2003, 3: 9.

        [22] Kilby NJ, Snaith MR, Murray JAH. Site-specific recombinases: tools for genome engineering. Trends Genet, 1993, 9(12): 413–421.

        [23] Kopke K, Hoff B, Kück U. Application of theFLP/FRT recombination system in filamentous fungi for marker recycling and construction of knockout strains devoid of heterologous genes. Appl Environ Microbiol, 2010, 76(14): 4664–4674.

        [24] Li B, Li N, Duan XG, et al. Generation of marker-free transgenic maize with improved salt tolerance using the FLP/FRT recombination system. J Biotechnol, 2010, 145(2): 206–213.

        [25] Long DP, Lu WJ, Hao ZZ, et al. Highly efficient and inducible DNA excision in transgenic silkworms using the FLP/site-specific recombination system. Transgenic Res, 2016, 25(6): 795–811.

        [26] Hubbard EJA. FLP/FRT and Cre/recombination technology in. Methods, 2014, 68(3): 417–424.

        [27] Buchholz F, Ringrose L, Angrand PO, et al. Different thermostabilities of FLP and Cre recombinases: implications for applied site-specific recombination. Nucleic Acids Res, 1996, 24(21): 4256–4262.

        [28] Raymond CS, Soriano P. High-efficiency FLP and ФC31 site-specific recombination in mammalian cells. PLoS ONE, 2007, 2(1): e162.

        [29] Anastassiadis K, Fu J, Patsch C, et al. Dre recombinase, like Cre, is a highly efficient site-specific recombinase in, mammalian cells and mice. Dis Model Mech, 2009, 2(9/10): 508–515.

        [30] Sauer B, McDermott J. DNA recombination with a heterospecific Cre homolog identified from comparison of theregions of P1-related phages. Nucleic Acids Res, 2004, 32(20): 6086–6095.

        [31] Plummer NW, de Marchena J, Jensen P. A knock-in allele ofexpressing Dre recombinase. Genesis, 2016, 54(8): 447–454.

        [32] Park JT, Leach SD. TAILOR: transgene activation and inactivation using lox and rox in zebrafish. PLoS ONE, 2013, 8(12): e85218.

        [33] van der Weyden L, Bradley A. Mouse chromosome engineering for modeling human disease. Annu Rev Genomics Hum Genet, 2006, 7: 247–276.

        [34] Teng Y, Yang X. Gene targeting: the beginning of a new era in genetics. Hereditas (Beijing), 2007, 29(11): 1291–1298 (in Chinese). 滕艷, 楊曉. 基因打靶技術: 開啟遺傳學新紀元. 遺傳, 2007, 29(11): 1291–1298.

        [35] Ding MG, Feng N, Tang DS, et al. Melatonin prevents Drp1- mediated mitochondrial fission in diabetic hearts through SIRT1-PGC1α pathway. J Pineal Res, 2018, 65(2): e12491.

        [36] Wang LX, Zhao XZ, Qiao WW, et al. Amelioration effect of duodenal-jejunal bypass surgery on insulin-resistance in Goto-Kakizaki rats. Acta Lab Animal Sci Sin, 2015, 23(2): 159–164 (in Chinese). 王龍霞, 趙先哲, 喬偉偉, 等. 十二指腸-空腸轉流手術對2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的改善作用. 中國實驗動物學報, 2015, 23(2): 159–164.

        [37] Liesa M, Shirihai OS. Mitochondrial dynamics in the regulation of nutrient utilization and energy expenditure. Cell Metab, 2013, 17(4): 491–506.

        [38] Rovira-Llopis S, Ba?uls C, Diaz-Morales N, et al. Mitochondrial dynamics in type 2 diabetes: pathophysiological implications. Redox Biol, 2017, 11: 637–645.

        [39] Jia WP. Role of insulin resistance in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus. Diagnost Theory Pract, 2009, 8(3): 233–236 (in Chinese). 賈偉平. 胰島素抵抗在2型糖尿病發(fā)病機制中的作用. 診斷學理論與實踐, 2009, 8(3): 233–236.

        [40] Holmstr?m MH, Iglesias-Gutierrez E, Zierath JR, et al. Tissue-specific control of mitochondrial respiration in obesity-related insulin resistance and diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metabo, 2012, 302(6): E731–E739.

        [41] Tomas E, Kelly M, Xiang XQ, et al. Metabolic and hormonal interaction between muscal and adipose tissue. Proc Nutr Soc, 2004, 63(2): 381–385.

        [42] Morino K, Petersen KF, Dufour S, et al. Reduced mitochondrial density and increased IRS-1 serine phosphorylation in muscle of insulin-resistant offspring of type 2 diabetic parents. J Clin Investigat, 2005, 115(12): 3587–3593.

        [43] Bach D, Pich S, Soriano FX, et al. Mitofusin-2 determines mitochondrial network architecture and mitochondrial metabolism. A novel regulatory mechanism altered in obesity. J Biol Chemi, 2003, 278(19):17190–17197.

        [44] Jheng HF, Tsai PJ, Guo SM, et al. Mitochondrial fission contributes to mitochondrial dysfunction and insulin resistance in skeletal muscle. Mol Cell Biol, 2012, 32(2): 309–319.

        [45] Wang CH, Wang CC, Wei YH. Mitochondrial dysfunction in insulin insensitivity: implication of mitochondrial role in type 2 diabetes. Ann N Y Acad Sci, 2010, 1201: 157–165.

        [46] Gao CL, Zhu C, Zhao YP, et al. Mitochondrial dysfunction is induced by high levels of glucose and free fatty acids in 3T3-L1 adipocytes. Mol Cell Endocrinol, 2010, 320(1/2): 25–33.

        [47] Li AY, Zhang SH, Li J, et al. Metformin and resveratrol inhibit Drp1-mediated mitochondrial fission and prevent ER stress-associated NLRP3 inflammasome activation in the adipose tissue of diabetic mice. Mol Cell Endocrinol, 2016, 434: 36–47.

        [48] Wang LX, Ishihara T, Ibayashi Y, et al. Disruption of mitochondrial fission in the liver protects mice from diet-induced obesity and metabolic deterioration. Diabetologia, 2015, 58(10): 2371–2380.

        [49] Kulkarni SS, Joffraud M, Boutant M, et al. Mfn1 Deficiency in the liver protects against diet-Induced insulin resistance and enhances the hypoglycemic effect of metformin. Diabetes, 2016, 65(12): 3552–3560.

        [50] Sebastián David S, Hernández-Alvarez María I, Segalés Jessica S, et al. Mitofusin 2 (Mfn2) links mitochondrial and endoplasmic reticulum function with insulin signaling and is essential for normal glucose homeostasis. Proc Natl Acad Sci USA, 2012, 109(14): 5523–5528.

        [51] Mahdaviani K, Benador IY, Su S, et al. Mfn2 deletion in brown adipose tissue protects from insulin resistance and impairs thermogenesis. EMBO Rep, 2017, 18(7): 1123–1138.

        [52] Chen L, Guan FY, Yu Y. Mitochondrial dynamics in type 2 diabetes mellitus and diabetes complications. Chin J Pharmacol Toxicol, 2015, 29(3): 339–347 (in Chinese). 陳立, 關鳳英, 于洋. 線粒體動力學與2型糖尿病和糖尿病并發(fā)癥關系的研究進展. 中國藥理學與毒理學雜志, 2015, 29(3): 339–347.

        [53] Wei SN, Li W, Yu Y, et al. Ginsenoside Compound K suppresses the hepatic gluconeogenesis via activating adenosine-5'monophosphate kinase: A studyand. Life Sci, 2015, 139: 8–15.

        [54] Yao F, Yu Y, Feng LJ, et al. Adipogenic miR-27a in adipose tissue upregulates macrophage activation via inhibiting PPARγ of insulin resistance induced by high-fat diet-associated obesity. Exp Cell Res, 2017, 355(2): 105–112.

        [55] Yao F, Chen L, Fan Z, et al. Interplay between H6PDH and 11β-HSD1 implicated in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus. Bioorgan Medic Chem Lett, 2017, 27(17): 4107–4113.

        Gene knockout technology and its application in the study of the relationship between mitochondrial dynamics and insulin resistance

        Jia Xu1, Yueqi Guan1, Zhiyi Yu1, Chengshuai Zhang2, Fengying Guan1, and Fen Liu1

        1 College of Basic Medical Sciences, Jilin University, Changchun 130021, Jilin, China 2 College of Clinical Sciences, Jilin University, Changchun 130021, Jilin, China

        Mitochondrial dynamics, the processes of mitochondrial fusion and fission maintain homeostasis, are precisely regulated by fusion/fission-related proteins, and play an important physiological role in mitochondrial metabolism, quality and function. The aberrant changes of these proteins can trigger mitochondrial dynamics imbalance, which cause mitochondrial dysfunctions and result various disease states. This article focuses on gene knockout technology, and reviews the role and application progress of genes encoding for fusion and fission knockout mice in insulin resistance researches, in order to lay a foundation for future studies on signal transduction mechanism of mitochondrial dynamics imbalance in insulin resistance.

        gene knockout technology, mitochondrial dynamics, insulin resistance

        April 3, 2019;

        June 10, 2019

        Supported by: National Natural Science Foundation of China (No. 81503122).

        Fen Liu. Tel: +86-431-85619754; E-mail: liufen@jlu.edu.cn

        國家自然科學基金 (No. 81503122) 資助。

        2019-06-27

        http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20190627.1023.001.html

        徐佳, 關越琪, 于芷懿, 等. 基因敲除技術及其在研究線粒體動力學與胰島素抵抗關系中的應用進展. 生物工程學報, 2019, 35(8): 1382–1390.Xu J, Guan YQ, Yu ZY, et al. Gene knockout technology and its application in the study of the relationship between mitochondrial dynamics and insulin resistance. Chin J Biotech, 2019, 35(8): 1382–1390.

        (本文責編 陳宏宇)

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