• 陈永昌(Yongchang Chen)

    教授,博士生导师
    云南中科灵长类生物医学重点实验室研究员
    基因修饰灵长类动物模型研究组组长
     

    E-mail:chenyc@lpbr.cn

    一、学习及工作经历

    1996-2003年,甘肃农业大学,动物科学/动物遗传育种与繁殖,本科/硕士
    2006-2010年,中国科学院昆明动物研究所,动物学,博士
    2003-2014年,中国科学院昆明动物研究所,助研、副研究员
    2014年-至今,云南中科灵长类生物医学重点实验室,研究员
    2014年-至今,昆明理工大学灵长类转化医学研究院,教授

    二、主要研究方向

    基因修饰技术构建人类重大疾病的灵长类动物模型

    三、科研领域描述

    脑科学研究是生命及健康科学研究中最复杂、最重要、也是最具有吸引力的研究领域。因与人类在基因组相似度、脑结构及脑功能、生殖生理等方面具有高度的相似性,灵长类动物被认为是研究人类健康最理想的实验动物,也已被越来越多的研究结果所证实。利用灵长类动物模型开展脑发育及神经系统疾病的发病机理研究、探索有效的预防及治疗办法,是实现从基础研究到临床前研究,进而实现临床转化的重要桥梁。本研究团队多年来一直致力于神经系统疾病的灵长类动物模型构建、遗传学及行为学表型鉴定、发病机理及治疗策略的探索等方面的研究。现已构建了高效稳定的基因修饰灵长类动物模型研究平台、在世界上首次实现了对灵长类动物进行靶向基因修饰。目前已建立了多种神经系统疾病的灵长类动物模型,包括帕金森病(Parkinson's Disease)、肌萎缩侧索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis,ALS)、杜氏肌营养不良症(Duchenne Muscular Dystrophy,DMD)及瑞特综合征(Rett Syndrome,RTT)的基因编辑猴模型。相关研究结果发表在包括Cell、Cell Stem Cell、Cell Research、Human Molecular Genetics等杂志上。

    四、主要兴趣及研究方向

    1、基因修饰技术构建人类神经系统疾病的灵长类动物模型

    以神经系统为主要着眼点,针对与遗传相关的神经发育性疾病以及神经退行性疾病,选择关键基因及在临床上高发的亚型,优化靶向基因修饰,获得与人类患者更为接近的猴模型。通过分子水平的检测对模型进行鉴定,并针对不同模型特点持续监测相关行为学、影像学、生理生化指标等变化情况,并与正常对照进行对比,分析疾病发生发展的特点。
    2、早期发育异常及神经系统疾病发病的分子机理研究
    根据灵长类胚胎早期发育特点,利用基因靶向修饰(敲入、敲除、抑制、过表达等)对神经管发育发挥重要调控作用的关键基因开展功能学研究,从体外(胚胎干细胞或诱导性多能干细胞)和体内(早期植入后胚胎)两条途径探讨神经管极性形成过程中相关信号通路及营养代谢通路对神经管闭合的影响作用。此外,对于已经建立的神经系统疾病猴模型,通过分析目的基因及蛋白在修饰后的表达变化,以及相应的转录组变化情况,深入研究遗传性神经系统疾病的致病机理。
    3、利用基因修饰灵长类动物模型探索基因修复及细胞治疗
    利用小鼠模型开展的药物试验,最终成功应用于临床的比例不足5%。其原因是除了人与鼠在遗传、代谢及神经系统的巨大差异外,基因表达调控模式也存在巨大差异。利用良好的灵长类动物模型对目前难以治愈的复杂疾病开展新的治疗研究具有显著优势。将患病细胞靶基因进行修正、结合诱导性多能干细胞及其分化潜能是探索细胞替代治疗的新思路。通过转录组分析发现的可能靶标,以及其他研究中发现的小分子等也都为新疗法的建立提供了方向。
    4、灵长类动物生殖生物学
    灵长类动物与人类在神经系统及生殖生理上均高度相似,利用灵长类动物开展生殖机理研究、建立生殖调控新技术体系等方面具有重要意义。灵长类动物生殖生理操控是开展配子操作相关研究的基础,本团队多年来致力于建立高效、稳定的配子操作体系,先后建立了猕猴及食蟹猴的超排及胚胎移植、婴幼猴辅助哺育及护理、小猴训练、多胎减胎、利用母猴外周血中游离DNA监测胎猴性别及基因修饰阳性率等标准化流程。在此基础上,还将进一步探索灵长类动物生殖内分泌、性腺发育及配子发生等基础科学问题。

    五、主持并正在执行的科研项目

    昆明理工大学学术青蓝计划:利用基因修饰猴模型研究灵长类神经发育及神经系统疾病,2017年入选,资助经费150万元;
    国家自然科学基金联合重点项目:靶向基因修饰建立瑞特综合征食蟹猴模型及其致病机理的研究,2017年-2020年,经费230万元;
    国家自然科学基金面上项目:SHROOM3基因缺失导致神经管畸形的分子机制研究,2016年-2017年,经费30万元;
    云南省科技计划重点项目:基因靶向修饰构建L1综合征的猴模型研究,2015年-2018年,经费50万元;
    国家重点研发计划:靶向基因编辑建立神经系统疾病猴模型及干细胞治疗研究,2016年-2020年,537万元(研究骨干);
    昆明理工大学校人培项目:基因修饰灵长类动物模型构建研究,2015年启动,经费3万元;
    云南省科技厅人才培养项目,2013年-2017年,经费12万元。
    主持并已结题省级以上科研项目:
    科技部973计划前期研究专项:重大疾病相关分子调控机制与药物作用机理,2014年-2016年,经费1050万元,首席科学家;
    国家自然科学基金面上项目:利用猕猴胚胎干细胞神经分化过程建立灵长类神经管缺陷体外三维模型的研究,2013年-2016年,经费75万元;
    科技部973计划子课题:神经退行性疾病致病机理及转基因动物模型的建立,2012年-2016年,经费487万(参与人)。
    获得云南省自然科学二等奖2项(2008,2010);2013年入选云南省技术创新人才培养对象。

    六、已发表文章

    1. Wang S#, Ren S#, Bai R#, Ji W*, Chen Y*. No Off-target Happens in the Genome-wide Coding Region of CRISPR/Cas9 Mediated Monkey Models. (Under Review)
    2. Wang S#, Yang L#, Bai R, Ren S, Niu Y, Ji W, Ma Y*, Chen Y*. Interaction of p53 and ASPPs Regulates Rhesus Monkey Embryonic Stem Cells Conversion to Neural Fate Concomitant with Apoptosis. Cell Cycle. 2018 (accepted).
    3. Cui Y#, Niu Y#, Zhou J#, Chen Y#, Cheng Y, Li S, Ai Z, Chu C, Wang H, Zheng B, Chen X, Sha J, Guo X*, Huang X*, Ji W*. Generation of a precise Oct4-hrGFP knockin Cynomolgus monkey model via CRISPR/Cas9-assisted homologous recombination. Cell Res. 2018 Jan 12. doi: 10.1038/cr.2018.10.
    4. Zhuo Y#, Feng S#, Huang S#, Chen X, Kang Y, Si C, Li Z, Zhou Y, Zhou L, Zhang T, Ji W, Niu Y*, Chen Y*. Transabdominal Ultrasound-guided Multifetal Pregnancy Reduction in 10 Cases of Monkeys.Biol Reprod. 2017 Nov 1;97(5):758-761.
    5. Chen Y#,*, Yu J#, Niu Y#, Qin D#, Liu H#,Li G, Hu Y, Wang J, Lu Y, Kang Y, Jiang Y, Wu K, Li S, Wei J, He J, Wang J, Liu X, Luo Y, Si C, Bai R, Zhang K, Liu J, Huang S, Chen Z, Wang S, Chen X, Bao X, Zhang Q, Li F, Geng R, Liang A, Shen D, Jiang T, Hu X, Ma Y, Ji W* and Sun YE*. Modeling Rett Syndrome using TALEN-edited MECP2 Mutant Monkeys. Cell. 2017 May 18;169 (5):945-955.e10.
    6. Gao F#, Niu Y#, Sun YE#, Lu H#, Chen Y#, Li S#, Kang Y, Luo Y, Si C, Yu J, Li C, Sun N, Si W, Wang H, Ji W*, Tan T*. De Novo DNA Methylation during Monkey Pre-implantation Embryogenesis. Cell Res. 2017 Apr;27(4):526-539.
    7. Chen Y, Niu Y*, Ji W*. Genome Editing in Non-human Primates: Approach to Generating Human Diseases Models. J Intern Med. 2016 Sep;280(3):246-51.
    8. Kang Y#, Zheng B#, Shen B#, Chen Y#, Wang L, Wang J, Niu Y, Cui Y, Zhou J, Wang H, Guo X, Hu B, Zhou Q, Sha J*, Ji W*, Huang X*. CRISPR/Cas9-mediated Dax1 Knockout in the Monkey Recapitulates Human AHC-HH. Hum Mol Genet. 2015 Dec 20;24(25):7255-64.
    9. Chen Y#, Niu Y#, Li Y#, Ai Z, Kang Y, Shi H, Xiang Z, Yang Z, Tan T, Si W, Li W, Xia X, Zhou Q*, Ji W*, Li T*. Generation of Cynomolgus Monkey Chimeric Fetuses Using Embryonic Stem Cells. Cell Stem Cell. 2015 Jul 2;17(1):116-24.
    10. Chen Y#, Zheng Y#, Kang Y#, Yang W#, Niu Y, Guo X, Tu Z, Si C, Wang H, Xing R, Pu X, Yang SH, Li S, Ji W*, Li XJ*. Functional Disruption of the Dystrophin Gene in Rhesus Monkey Using CRISPR/ Cas9. Hum Mol Genet. 2015; 24(13):3764-3774.
    11. Chen Y#, Cui Y#, Shen B#, Niu Y#, Zhao X, Wang L, Wang J, Li W, Zhou Q, Ji W*, Sha J*, Huang X*. Germline Acquisition of Cas9/RNA-mediated Gene Modifications in Monkeys. Cell Res. 2015 Feb;25(2):262-5.
    12. Niu Y#, Guo X#, Chen Y#, Wang CE, Gao J, Yang W, Kang Y, Si W, Wang H, Yang SH, Li S, Ji W*, Li XJ*. Early Parkinson's disease Symptoms in α-synuclein Transgenic Monkeys. Hum Mol Genet. 2015 Apr 15;24(8):2308-17.
    13. Liu H#, Chen Y#, Niu Y#, Zhang K#, Kang Y, Ge W, Liu X, Zhao E, Wang C, Lin S, Jing B, Si C, Lin Q, Chen X, Lin H, Pu X, Wang Y, Qin B, Wang F, Wang H, Si W, Zhou J, Tan T, Li T, Ji S, Xue Z, Luo Y, Cheng L, Zhou Q, Li S*, Sun YE*, Ji W*. TALEN-mediated Gene Mutagenesis in Rhesus and Cynomolgus Monkeys. Cell Stem Cell. 2014 Mar 6; 14(3):323-8.
    14. Niu Y#, Shen B#, Cui Y#, Chen Y#, Wang J, Wang L, Kang Y, Zhao X, Si W, Li W, Xiang AP, Zhou J, Guo X, Bi Y, Si C, Hu B, Dong G, Wang H, Zhou Z, Li T, Tan T, Pu X, Wang F, Ji S, Zhou Q, Huang X*, Ji W*, Sha J*. Generation of Gene-modified Cynomolgus Monkey Via Cas9/RNA-mediated Gene Targeting in One-cell Embryos. Cell. 2014 Feb 13; 156(4):836-43.
    15. Liu H#, Zhao B#, Chen Y#, You D, Liu R, Rong M, Ji W*, Zheng P, Lai R*. Multiple Coagulation Factor Deficiency Protein 2 Contains the Ability to Support Stem Cell Self-renewal. FASEB J. 2013 Aug;27(8):3298-305.
    16. Chen Y#, Niu Y#, Yang S, He X, Ji S, Si W, Tang X, Xie Y, Wang H, Lu Y, Zhou Q, Ji W*. The Available Time Window for Embryo Transfer in The Rhesus Monkey (Macaca mulatta). Am J Primatol. 2012 Feb;74(2):165-73.
    17. Chen Y, Wang Z, Xie Y, Guo X, Tang X, Wang S, Yang S, Chen K, Niu Y, Ji W*. Folic Acid Deficiency Inhibits Neural Rosette Formation and Neuronal Differentiation from Rhesus Monkey Embryonic Stem Cells. J Neurosci Res. 2012 Jul;90(7):1382-91.
    18. Chen Y, Niu Y*, Ji W*. Transgenic Nonhuman Primate Models for Human Diseases: Approaches and Contributing Factors. J Genet Genomics. 2012 Jun 20;39(6):247-51.

    论文网 站 ( 动 态 更 新 ): https://www.researchgate.net/profile/Yongchang_Chen7

    七、重点研究进展介绍

    利用靶向基因编辑方法TALENs成功编辑了猴MECP2基因,获得一批具有典型瑞特综合征表型的食蟹猴模型

    瑞特综合征(Rett Syndrome, RTT)是属于自闭症谱系范畴的神经发育性疾病,通常导致男性胎儿在胚胎期流产,而患病的女孩在出生后6-18个月开始表现语言能力丧失、睡眠质量差、社交和认知障碍、大脑发育变缓、心电图异常、运动能力异常等综合症状。定位于X染色体上的MECP2基因突变是这一疾病的病因。缺乏理想的动物模型是限制对其致病机理深入了解及新的治疗方法的研发的关键原因。我们于2014年最早报道了利用靶向基因编辑方法TALEN成功编辑MECP2基因的猴模型。本次在《Cell》的报道,是持续2年多的研究结果,显示了非人灵长类是神经系统疾病的理想动物模型。不同于啮齿类模型,基因敲除MECP2的小猴表现出非常类似临床患者的一系列病理和行为学特征,如雄性胎儿在胚胎期均流产,转录组分析发现基因表达及调控网络也与临床患者类似,雌性动物存在睡眠障碍、主动社交显著减少、刻板行为增加、脑发育异常等;眼动跟踪(灵长类具有的高级认知能力)模式也与人类似。这是首次利用非人灵长类对RTT从行为模式,病理发生及其机制的较系统研究,对未来更深入地开展RTT发病机理研究和治疗将产生深刻影响。相关结果发表在Cell杂志(Chen et al., Cell. 2017 May 18;169 (5):945-955.e10.)。
    相关评论:
    https://spectrumnews.org/news/mutant-monkeys-mimic-features-autism-rett-syndrome/ 

    http://stm.sciencemag.org/content/9/393/eaan8196.short

    对靶向基因编辑猴的生殖细胞通过单细胞测序证明生殖细胞已实现了基因编辑

    利用单细胞测序技术,在动物出生后对其生殖细胞分析,发现实现了对生殖细胞的编辑,较早地证明了靶向基因修饰的遗传形状具有传递到下一代的能力。相关结果发表在Cell Research 杂志(Chen et al., Cell Res. 2015 Feb;25(2):262-5.)。

    建立了杜氏肌营养不良症的猴模型

    杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是一种X染色体连锁隐性遗传疾病,患者以男孩为主,一般在学龄前发病,发病率约1/3500。一旦发病,骨骼肌不断退化出现肌肉无力或萎缩,严重影响行走及活 动。随后会逐步丧失行走能力,通常到20多岁就会因为心肌、肺肌无力而死亡。目前该病亦无法治愈。Dystrophin基因突变是导致DMD发生的直接原因。Dystrophin基因位于X染色体短臂(Xp21.1),约有2.4Mb大小,含有79个外显子和78个内含子,具有较高频率的突变。研究发现45-55号外显子是突变热点区,51 号外显子缺失突变最为常见。外显子敲除发生移码突变,会导致dystrophy蛋白不表达或者表达量低,从而出现DMD 或者BMD症状。目前已有小鼠及犬类DMD模型,然而这些动物与人类差异巨大,在啮齿类模型上试验成功的治疗策略,往往很难实现临床转化。建立与人类遗传及生理结构更为接近的灵长类动物模型,并开展临床前研究,被认为是突破临床转化的理想途径。基因靶向修饰技术如TALENs、CRISPR/Cas9等使得构建Dystrophin基因突变的灵长类动物模型成为可能。我们利用CRISPR/Cas9系统对猕猴Dystrophin基因进行定向修饰,选择exon4和exon46以敲除Dystrophin基因,已获得9只基因敲除猴。研究发现,Dystrophin基因的敲除,严重影响肌纤维的发育及功能。所获得的模型已出现严重的运动障碍,肌酸激酶浓度显著升高,肌肉活检证实Dystrophy蛋白严重缺失。这在国际上是首次报道利用基因定向修饰技术CRISPR/Cas9获得的DMD猴模型。相关结果发表在Human Molecular Genetics 杂志(Chen et al., Hum Mol Genet. 2015; 24(13):3764-3774.)。

    八、研究组成员

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