CRISPR构建人源化细胞色素P450基因大鼠模型及其在药物代谢中的研究

Cytochrome P450 (CYP) enzyme not only plays an essential role in drug metabolism and pharmacokinetics，as well as toxicology, but also is involved in many kinds of diseases, and then plays an important role in the maintenance of human health. Although the CYP enzyme is very important, few animal models are used to study CYP mediated drug metabolism or predict CYP properties in physiology and pathology. In particular, the construction of novel Cyp gene knockout and Cyp humanized rat model is conducive to the development of drug metabolism, pharmacological and toxicological studies. CRISPR nuclease as a new target gene editing tool has made a great contribution to the construction of animal model. We have successfully used CRISPR technology to construct specific Cyp knockout rat model, and to verify and evaluate its genotype and metabolic function. Based on the above work, this project intends to use CRISPR technology to construct the Cyp gene humanized rat, and will carry out drug metabolism and pharmacokinetics research using this humanized rat model. The implementation of this project will be the first to obtain Cyp gene humanized rat model, which not only provides a new model for drug metabolism and pharmacokinetic studies, but also promotes the study of molecular mechanisms of CYP enzyme in drug efficacy, toxicity, clinical medicine and related diseases.

细胞色素P450（CYP）酶不仅在药物代谢与药代动力学以及毒理学研究中占有重要地位，而且参与多种疾病的调控，在维持人体健康方面起着重要作用。尽管CYP酶非常重要，但目前可用于研究CYP介导药物代谢或预测与CYP相关的生理病理的动物模型仍然很少。尤其构建新颖的Cyp基因敲除和Cyp人源化大鼠模型更是有利于开展药物代谢、药理以及毒理相关的研究。CRISPR核酸酶作为一种新的靶向基因编辑工具，在动物模型构建方面取得了令人欣喜的效果。我们已创新利用CRISPR技术成功构建特定Cyp基因敲除大鼠模型，并对其基因型和代谢功能进行系统验证和评价。基于以上工作基础，本项目拟通过CRISPR技术构建Cyp基因人源化大鼠并开展药物代谢研究。本项目的实施将在国际上率先得到Cyp基因人源化大鼠模型，不仅为药物代谢与药物动力学研究提供了新模型，还促进了CYP酶与药物药效、毒性、临床用药以及疾病相关的分子机制研究。

细胞色素P450（Cytochrome P450, CYP）酶不仅在药物代谢与药代动力学以及毒理学研究中占有重要地位，而且参与多种疾病的调控，在维持人体健康方面起着重要作用。尽管CYP酶非常重要，但目前可用于研究CYP介导药物代谢或预测与CYP相关的生理病理的动物模型仍然很少。构建新颖的药物代谢酶和转运体基因编辑大鼠有利于开展药物代谢、药理以及毒理相关的研究。我们利用CRISPR系统进行CYP酶敲除和人源化大鼠的构建，包括基因编辑靶点的选择、sgRNA与Cas9 mRNA的体外合成与转录、同源重组模板构建、假孕母鼠的制备、单细胞胚胎的体外显微注射与移植、大鼠的繁育等步骤，最后得到纯合子基因敲除及人源化大鼠。然后对基因编辑大鼠从蛋白水平进行代谢酶表达检测，并开展代谢功能研究，以证明该基因编辑大鼠模型构建成功。基于构建成功的大鼠模型，我们进一步开展内源性物质代谢以及药物药物相互作用研究。本项目不仅成功构建了Cyp1a2、Cyp2j3/10等基因敲除大鼠，还成功构建了CYP1A2人源化大鼠，消除了大鼠与人之间CYP1A2介导药物代谢的种属差异，为CYP介导的药物代谢研究提供了新的动物模型。本项目研究成果在国际著名药理学术期刊Drug Metab Dispos、Biochem Pharmacol、Mol Pharmacol和Acta Pharm Sin B上发表，并申请了发明专利。本项目在国际上率先得到CYP相关基因编辑大鼠，不仅为药物代谢与药物动力学研究提供了新模型和新方法，还促进了CYP酶与药物药效、毒性、临床用药以及疾病相关的分子机制研究。