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Controlled gene expression in primary Lgr5 organoid cultures. ​

文献信息 ​

DOI10.1038/nmeth.1802
PMID22138822
期刊Nature methods
影响因子32.1
JCR 分区Q1
发表年份2011
被引次数174
关键词基因表达, Lgr5器官样本, Cre重组酶, 小鼠模型
文献类型Journal Article, Research Support, Non-U.S. Gov't
ISSN1548-7091
页码81-3
期号9(1)
作者Bon-Kyoung Koo, Daniel E Stange, Toshiro Sato, Wouter Karthaus, Henner F Farin, Meritxell Huch, Johan H van Es, Hans Clevers

一句话小结 ​

本研究提出了一种基于Cre重组酶诱导的逆转录病毒载体的方法，能够在小鼠原代类器官培养系统中条件性地调控内胚层上皮的基因表达，从而简化了转基因动物模型的建立过程。该方法为研究内胚层基因功能提供了高效且经济的工具，具有重要的应用潜力。

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基因表达 · Lgr5器官样本 · Cre重组酶 · 小鼠模型

摘要 ​

在内胚层上皮（例如胃、小肠和结肠）的基因功能研究中，转基因方法的应用至关重要。然而，建立此类动物模型既费力又昂贵且耗时。我们在此提出一种基于Cre重组酶诱导的逆转录病毒载体的方法，该方法允许在小鼠原代类器官培养系统中条件性地调控基因表达。

英文摘要 ​

The study of gene function in endodermal epithelia such as of stomach, small intestine and colon relies heavily on transgenic approaches. Establishing such animal models is laborious, expensive and time-consuming. We present here a method based on Cre recombinase-inducible retrovirus vectors that allows the conditional manipulation of gene expression in primary mouse organoid culture systems.

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主要研究问题 ​

  1. 在Lgr5器官样本中，如何评估Cre重组酶诱导的基因表达变化的效率？
  2. 除了Cre重组酶，还有哪些方法可以实现初级器官培养中的基因表达调控？
  3. 在小鼠器官样本中，使用逆转录病毒载体的条件性基因操控对生理功能的影响是什么？
  4. 如何在不同类型的内胚层上皮组织中应用该方法进行基因功能研究？
  5. 该方法在研究胃肠道疾病模型中的潜在应用有哪些？

核心洞察 ​

1. 研究背景和目的 ​

在内胚层上皮（如胃、小肠和结肠）的基因功能研究中，传统的转基因方法被广泛使用。然而，建立这些动物模型不仅费时费力，而且成本高昂。因此，本研究旨在开发一种更为高效和便捷的基因表达调控方法，以便在原代小鼠类器官培养系统中进行基因功能研究。

2. 主要方法和发现 ​

本研究提出了一种基于Cre重组酶诱导的逆转录病毒载体的方法，能够在原代小鼠类器官培养体系中实现条件性基因表达的操控。通过应用这种方法，研究者能够在不需要建立完整的转基因小鼠模型的情况下，快速且有效地操控特定基因的表达。这一方法的成功应用标志着在内胚层组织的研究中，研究人员可以利用类器官模型进行更灵活的基因操作，从而加速了相关的生物医学研究。

3. 核心结论 ​

本研究证明了使用Cre重组酶诱导的逆转录病毒载体在原代小鼠类器官培养中实现条件性基因表达的可行性和有效性。这一方法不仅简化了基因功能研究的操作流程，还降低了相关的时间和经济成本，为内胚层上皮的基因研究提供了新的工具和思路。

4. 研究意义和影响 ​

本研究的成果具有重要的科学和应用价值。首先，它为内胚层组织的基因功能研究提供了一种新的实验平台，促进了基础医学和生物科技领域的研究进展。其次，简化的基因调控方法可能会推动新药研发、疾病机制研究以及个性化医疗的发展。最后，该方法的应用有助于加速对复杂生物过程的理解，进而为疾病治疗策略的创新提供支持。整体而言，该研究为未来的生物医学研究奠定了新的基础，具有广泛的应用前景。

参考文献 ​

  1. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. - Toshiro Sato;Robert G Vries;Hugo J Snippert;Marc van de Wetering;Nick Barker;Daniel E Stange;Johan H van Es;Arie Abo;Pekka Kujala;Peter J Peters;Hans Clevers - Nature (2009)
  2. Lgr5 homologues associate with Wnt receptors and mediate R-spondin signalling. - Wim de Lau;Nick Barker;Teck Y Low;Bon-Kyoung Koo;Vivian S W Li;Hans Teunissen;Pekka Kujala;Andrea Haegebarth;Peter J Peters;Marc van de Wetering;Daniel E Stange;Johan E van Es;Daniele Guardavaccaro;Richard B M Schasfoort;Yasuaki Mohri;Katsuhiko Nishimori;Shabaz Mohammed;Albert J R Heck;Hans Clevers - Nature (2011)
  3. Growth suppression of pre-T acute lymphoblastic leukemia cells by inhibition of notch signaling. - Andrew P Weng;Yunsun Nam;Michael S Wolfe;Warren S Pear;James D Griffin;Stephen C Blacklow;Jon C Aster - Molecular and cellular biology (2003)
  4. Mouse atonal homolog 1 directs intestinal progenitors to secretory cell rather than absorptive cell fate. - Kelli L VanDussen;Linda C Samuelson - Developmental biology (2010)
  5. Improved coinfection with amphotropic pseudotyped retroviral vectors. - Yuehong Wu;David W Melton;Yong Zhang;Peter J Hornsby - Journal of biomedicine & biotechnology (2009)
  6. Notch/gamma-secretase inhibition turns proliferative cells in intestinal crypts and adenomas into goblet cells. - Johan H van Es;Marielle E van Gijn;Orbicia Riccio;Maaike van den Born;Marc Vooijs;Harry Begthel;Miranda Cozijnsen;Sylvie Robine;Doug J Winton;Freddy Radtke;Hans Clevers - Nature (2005)
  7. Polycistronic RNA polymerase II expression vectors for RNA interference based on BIC/miR-155. - Kwan-Ho Chung;Christopher C Hart;Sarmad Al-Bassam;Adam Avery;Jennifer Taylor;Paresh D Patel;Anne B Vojtek;David L Turner - Nucleic acids research (2006)
  8. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. - Toshiro Sato;Daniel E Stange;Marc Ferrante;Robert G J Vries;Johan H Van Es;Stieneke Van den Brink;Winan J Van Houdt;Apollo Pronk;Joost Van Gorp;Peter D Siersema;Hans Clevers - Gastroenterology (2011)
  9. Current issues in mouse genome engineering. - Stefan Glaser;Konstantinos Anastassiadis;A Francis Stewart - Nature genetics (2005)
  10. Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5. - Nick Barker;Johan H van Es;Jeroen Kuipers;Pekka Kujala;Maaike van den Born;Miranda Cozijnsen;Andrea Haegebarth;Jeroen Korving;Harry Begthel;Peter J Peters;Hans Clevers - Nature (2007)

引用本文的文献 ​

  1. Fusion of intestinal epithelial cells with bone marrow derived cells is dispensable for tissue homeostasis. - Joan H de Jong;Hans M Rodermond;Cheryl D Zimberlin;Valeria Lascano;Felipe De Sousa E Melo;Dick J Richel;Jan Paul Medema;Louis Vermeulen - Scientific reports (2012)
  2. Nuclear receptor binding protein 1 regulates intestinal progenitor cell homeostasis and tumour formation. - Catherine H Wilson;Catriona Crombie;Louise van der Weyden;George Poulogiannis;Alistair G Rust;Mercedes Pardo;Tannia Gracia;Lu Yu;Jyoti Choudhary;Gino B Poulin;Rebecca E McIntyre;Douglas J Winton;H Nikki March;Mark J Arends;Andrew G Fraser;David J Adams - The EMBO journal (2012)
  3. The intestinal epithelium tuft cells: specification and function. - François Gerbe;Catherine Legraverend;Philippe Jay - Cellular and molecular life sciences : CMLS (2012)
  4. Tumour suppressor RNF43 is a stem-cell E3 ligase that induces endocytosis of Wnt receptors. - Bon-Kyoung Koo;Maureen Spit;Ingrid Jordens;Teck Y Low;Daniel E Stange;Marc van de Wetering;Johan H van Es;Shabaz Mohammed;Albert J R Heck;Madelon M Maurice;Hans Clevers - Nature (2012)
  5. Major signaling pathways in intestinal stem cells. - Tim Vanuytsel;Stefania Senger;Alessio Fasano;Terez Shea-Donohue - Biochimica et biophysica acta (2013)
  6. Epithelial and mesenchymal contribution to the niche: a safeguard for intestinal stem cell homeostasis. - Nicholas R Smith;Paige S Davies;Alain D Silk;Melissa H Wong - Gastroenterology (2012)
  7. Restriction of intestinal stem cell expansion and the regenerative response by YAP. - Evan R Barry;Teppei Morikawa;Brian L Butler;Kriti Shrestha;Rosemarie de la Rosa;Kelley S Yan;Charles S Fuchs;Scott T Magness;Ron Smits;Shuji Ogino;Calvin J Kuo;Fernando D Camargo - Nature (2013)
  8. A gutsy task: generating intestinal tissue from human pluripotent stem cells. - Stacy R Finkbeiner;Jason R Spence - Digestive diseases and sciences (2013)
  9. Towards neuronal organoids: a method for long-term culturing of high-density hippocampal neurons. - George K Todd;Casey A Boosalis;Aaron A Burzycki;Michael Q Steinman;Lynda D Hester;Pete W Shuster;Randen L Patterson - PloS one (2013)
  10. Genetic reconstitution of tumorigenesis in primary intestinal cells. - Kunishige Onuma;Masako Ochiai;Kaoru Orihashi;Mami Takahashi;Toshio Imai;Hitoshi Nakagama;Yoshitaka Hippo - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2013)

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