Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см ENU (значения) .
ЕНУ
Скелетная формула ЕНУ
ENU Ball and Stick.png
Имена
Систематическое название ИЮПАК
1-этил-1-нитрозомочевина [1]
Другие названия
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
СокращенияЕНУ [ необходима ссылка ]
1761174
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.010.975 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 212-072-2
КЕГГ
Номер RTECS
  • YT3150000
UNII
Номер ООН2811
  • InChI = 1S / C3H7N3O2 / c1-2-6 (5-8) 3 (4) 7 / h2H2,1H3, (H2,4,7) контрольныйY
    Ключ: FUSGACRLAFQQRL-UHFFFAOYSA-N контрольныйY
  • CCN (N = O) C (N) = O
Характеристики
C 3 H 7 N 3 O 2
Молярная масса117,108  г · моль -1
журнал P0,208
Кислотность (p K a )12,317
Основность (p K b )1,680
Опасности
Пиктограммы GHSGHS06: Токсично GHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSОпасность
H301 , H312 , H332 , H350 , H360
P280 , P308 + 313
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )
300 мг кг -1 (перорально, крыса)
Родственные соединения
Связанные мочевины
  • N- нитрозо- N- метилмочевина
Родственные соединения
  • N- метилформамид
  • Диметилформамид
  • Дейтерированный ДМФ
  • Ацетиллейцин
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)контрольныйY☒N
Ссылки на инфобоксы

Гумилева , известный также как N - этил - N - нитрозо мочевины (химическая формула С 3 Н 7 N 3 O 2 ), является очень мощным мутагенным . Для данного гена у мышей ENU может вызывать 1 новую мутацию в каждых 700 локусах. Он также токсичен в высоких дозах.

Химическое вещество является алкилирующим агентом и действует, передавая этильную группу ENU на азотистые основания (обычно тимин ) в нуклеиновых кислотах . Его основными мишенями являются сперматогониальные стволовые клетки , из которых получают зрелые сперматозоиды .

Предпосылки открытия ЕНУ как мутагена [ править ]

Билл Рассел (1951) создал веху в области генетики мышей , создав специально разработанную линию мышей, T (тестовую) основу, которая использовалась в генетических скринингах для тестирования мутагенов, таких как радиация и химические вещества. В T -stock гаваней мыши 7 рецессивные, жизнеспособные мутации , влияющие на легко узнаваемые черты. В национальной лаборатории Oak Ridge , первоначальная цель Рассела заключалась в определении скорости наследуемых мутаций гена в зародышевой линии , индуцированной радиацией. Таким образом, он решил использовать мышей T -stock, чтобы определить, как часто набор локусов может мутировать с помощью излучения. Поскольку мутации у мышей Т-стока были рецессивными, потомство будет иметь фенотип дикого типа (в результате скрещивания мутанта [например, мутантный самец s / s ] с самкой дикого типа [ + / + ]). Таким образом, любое потомство, несущее мутацию, индуцированную излучением в одном из 7 локусов, будет проявлять мутантный фенотип в самом первом поколении. Этот подход, тест специфического локуса (SLT), позволил Расселу изучить широкий спектр специфических мутаций и рассчитать частоту мутаций, вызванных излучением. [2]

Помимо изучения влияния излучения на СЛТ, Russell et al. были также заинтересованы в изучении влияния химических мутагенов, таких как прокарбазин и этилнитрозомочевина, на СЛТ. В то время прокарбазин был наиболее мощным химическим мутагеном, который, как известно, вызывал значительный сперматогониальный мутагенез в SLT, хотя и со скоростью, равной одной трети от рентгеновских лучей. Ранние работы Рассела по мутагенезу дрозофилыиспользование диэтилнитрозоамина (DEN) побудило их использовать DEN для SLT. Однако DEN необходимо ферментативно преобразовать в алкилирующий агент, чтобы быть мутагенным, и, вероятно, этой ферментативной активации было недостаточно у млекопитающих. Это можно проиллюстрировать чрезвычайно низкой частотой мутаций у мышей, получавших DEN (3 из 60 179 потомков). Чтобы преодолеть эту проблему, Эккехарт Вегель и Russell et al. Предложил использовать новый мутаген, N- этил- N- нитрозомочевину (ENU), алкилирующий агент, который не требует метаболизма. Мыши, индуцированные ENU (250 мг / кг), прошли период стерильности в течение 10 недель. После выздоровления 90 самцов скрестили с самками Т- стада и получили 7584 детеныша. [2]Их результаты показали, что доза 250 мг / кг ENU способна вызывать частоту мутаций в 5 раз выше, чем полученная при 600R (1R = 2,6 x10 ^ -4 кулонов / кг) острого рентгеновского облучения. Этот показатель также был в 15 раз выше, чем при использовании прокарбазина (600 мг / кг). [3]

Чтобы преодолеть проблему начального периода бесплодия, группа Рассела показала, что вместо инъекции одной большой дозы ENU дробная доза (100 мг / кг) [4] по недельному графику позволяет получить общую более высокую дозу (300–400 мг). / кг) [4] допустимы. Это также показало, что частота мутаций увеличилась в 12 раз по сравнению с рентгеновскими лучами, в 36 раз по сравнению с прокарбазином и более чем в 200 раз по сравнению со спонтанными мутациями. Когда частота мутаций была усреднена по всем 7 локусам, было обнаружено, что ENU индуцирует мутации с частотой по одной на локус на каждые 700 гамет. [2]

Резюме свойств и преимуществ мутагенеза ENU [ править ]

  1. ENU является алкилирующим агентом и отдает предпочтение трансверсиям оснований A-> T, а также переходам AT-> GC. [5] Однако также показано, что он вызывает переходы GC-> AT. [6]
  2. Известно, что он вызывает точечные мутации, что означает, что путем картирования желаемого фенотипа исследователь может идентифицировать единственный ген-кандидат, ответственный за фенотип. [7]
  3. Точечные мутации происходят приблизительно с интервалом 1-2 Мб и происходят приблизительно с частотой 1 на 700 гамет. [2]
  4. ENU нацелен на сперматогониальные стволовые клетки. [5]
Рисунок 1: Обзор экрана мутагенеза ENU.

ENU - Генетический инструмент в экранах мутагенеза: Обзор [ править ]

С момента открытия ENU как наиболее мощного мутагена Russell et al. он использовался в прямых (основанных на фенотипах) генетических скринингах, с помощью которых можно идентифицировать и изучать интересующий фенотип . Как показано на рисунке 1, процесс скрининга начинается с мутагенеза мышей-самцов с помощью ENU. Затем следует систематический фенотипический анализ потомства. Потомство оценивают на предмет поведенческих, физиологических или дисморфологических изменений. Выявлен аномальный фенотип. Затем идентификация гена-кандидата достигается путем позиционного клонирования мутантных мышей с интересующим фенотипом.

Рисунок 2: Типы экранов.

Типы экранов [ править ]

ENU используется в качестве генетического инструмента при разработке различных генетических скринингов, отвечающих интересам исследователей. В зависимости от оцениваемого региона прямые генетические скрининги можно классифицировать, как показано на Рисунке 2, как: [7]

  1. Скрины, специфичные для региона : исследования разработаны специально для получения градиента фенотипов путем создания ряда аллелей, которые полезны при изучении интересующей области.
  2. Полногеномный скрининг : это простой доминантный или рецессивный скрининг, который часто полезен для понимания конкретных генетических и биохимических путей.

Экраны для конкретных регионов [ править ]

Специфические для региона можно классифицировать следующим образом:

Рисунок 3: Скрининг без комплементации. В скрининге без комплементации самец, индуцированный ENU, скрещивается с самкой, несущей мутантный аллель (а) интересующего гена (А). Если мутация доминантная, то она будет присутствовать в каждом поколении. Однако, если мутация рецессивна или если потомство G1 нежизнеспособно, то для идентификации мутации используется другая стратегия. Самец, получавший лечение ENU, скрещивается с самкой дикого типа. Из группы особей G1 гетерозиготный самец скрещивается с самкой, несущей мутантный аллель (а). Если потомство G2 бесплодно или нежизнеспособно, его можно снова получить от самца G1.

Экраны без дополнений [ править ]

Комплементация - это явление, которое позволяет генерировать фенотип дикого типа при скрещивании организмов, несущих рецессивные мутации в разных генах. [7] Таким образом, если в организме есть одна функциональная копия гена, то эта функциональная копия способна дополнять мутированную или потерянную копию гена. Напротив, если обе копии гена мутированы или потеряны, это приведет к аллельному отсутствию комплементации (рис. 3) и, таким образом, проявлению фенотипа.

Феномен избыточности объясняет, что часто несколько генов способны компенсировать потерю определенного гена. Однако, если два или более гена, участвующих в одних и тех же биологических процессах или путях, потеряны, это приводит к неаллельному некомплементации. При скрининге без комплементации самец, индуцированный ENU, скрещивается с самкой, несущей мутантный аллель ( а ) интересующего гена (А). Если мутация доминантная, то она будет присутствовать в каждом поколении. Однако, если мутация является рецессивной или если потомство G 1 нежизнеспособно, то для идентификации мутации используется другая стратегия. Самец, получавший лечение ENU, скрещивается с самкой дикого типа. Из бассейна G 1у особей гетерозиготный самец скрещивается с самкой, несущей мутантный аллель ( а ). Если потомство G 2 бесплодно или нежизнеспособно, его можно снова получить от самца G 1 .

Рисунок 4: Экран удаления. На этом экране мужчины, получавшие ENU, скрещиваются с женщинами, гомозиготными по удалению интересующей области. Потомство G1 представляет собой сложные гетерозиготы по мутации, индуцированной ENU. Кроме того, они гаплоидны по отношению к генам в удаленной области, и, таким образом, потеря или усиление функции из-за мутации, индуцированной ENU, экспрессируется доминирующим образом. Таким образом, делеционный скрининг имеет преимущество перед другими рецессивными скринами из-за идентификации мутации в самом потомстве G1.

Экраны удаления [ править ]

Делеции хромосом могут быть спонтанными или индуцированными. На этом скрининге мужчин, получавших ENU, скрещивают с женщинами, гомозиготными по удалению интересующей области. Потомство G 1 представляет собой сложные гетерозиготы для мутации, индуцированной ENU (рис. 4). Кроме того, они гаплоидны по отношению к генам в удаленной области, и, таким образом, потеря или усиление функции из-за мутации, индуцированной ENU, экспрессируется доминирующим образом. Таким образом, делеционный скрининг имеет преимущество перед другими рецессивными скринами из-за идентификации мутации в самом потомстве G 1 .

Ринчик и др . выполнили скрининг делеций и анализ комплементации и смогли выделить 11 независимых рецессивных локусов, которые были сгруппированы в семь групп комплементации на хромосоме 7, области, окружающей ген альбиноса ( Tyr ) и ген розового разведения ( p ). [7]

Рисунок 5: Экраны балансировщика.
  • c. Балансирные экраны

Хромосома, несущая балансирующую область, называется балансирующей хромосомой . Балансир - это область, которая предотвращает рекомбинацию между гомологичными хромосомами во время мейоза. Это возможно из-за наличия инвертированной области или серии инверсий. Балансирная хромосома в основном использовалась для исследований в области генетики Drosophila melanogaster . Моника Джастис и др. (2009) эффективно провели скрининг балансира, используя балансирующую хромосому, сконструированную Allan Bradley et al. на хромосоме 11 мыши. На этом скрининге самец, индуцированный ENU, скрещивается с самкой, гетерозиготной по балансирующей хромосоме. [7] У мышей, несущих балансирующую хромосому, желтые уши и хвост. G 1гетерозиготы (рис. 5) скрещиваются с самками, несущими мутацию rex ( Rex на рис. 5), которая дает кудрявую шерсть. В G 2 гомозиготы для балансира нежизнеспособны и не восстанавливаются. Мыши, несущие мутацию rex транс к балансировщику или мутацию, индуцированную ENU, имеют курчавую шерсть и выбрасываются. Мыши с мутантом ENU + мутант rex отбрасываются, чтобы предотвратить рекомбинацию между этими двумя хромосомами на следующем этапе размножения, на котором образуются гомозиготные мутанты. Мыши, которые являются составными гетерозиготами для балансира и мутации, индуцированной ENU, спариваются между братьями и сестрами для получения гомозигот для мутации, индуцированной ENU в G 3 .

Полногеномные экраны [ править ]

Полногеномный скрининг чаще всего полезен для изучения генетических заболеваний, в которые могут быть вовлечены множественные генетические и биохимические пути. Таким образом, с помощью этого подхода можно идентифицировать гены-кандидаты или области в геноме, которые связаны с фенотипом.

Рисунок 6: Обычные экраны.
  • а. Обычные экраны

Эти экраны могут быть разработаны для выявления простых доминантных и рецессивных фенотипов. (Рисунок 6). Таким образом, индуцированный ENU самец G 0 скрещивается с самкой дикого типа. Потомство G 1 может быть подвергнуто скринингу для выявления доминантных мутаций. Однако, если мутация рецессивная, то особи G 3, гомозиготные по мутации, могут быть восстановлены от самцов G 1 двумя способами:

  • A] Самец G 1 скрещивают с самкой дикого типа для получения пула потомства G 2 . В G 3 особи могут быть получены путем пересечения G 1 самца к G 2 дочерей. Это даст часть особей G 3, которые в значительной степени напоминают самцов G 1 .
  • B] Самец G 1 скрещивают с самкой дикого типа для получения пула животных G 2 , которые затем спаривают между братьями и сестрами для получения потомства G 3 . Этот подход дает множество мутантов в потомстве G 3 .

Ряд организаций по всему миру проводят скрининг мутагенеза всего генома с использованием ENU. Некоторые из них включают Институт экспериментальной генетики Немецкого исследовательского центра гигиены окружающей среды (GSF), Мюнхен, Германия; Лаборатория Джексона, Мэн, США; австралийский центр феномена в Австралийском национальном университете, Канберра, Австралия; кафедра нейробиологии и физиологии Северо-Западного университета, Иллинойс, США; Национальная лаборатория Ок-Ридж, Теннесси, США; Совет медицинских исследований (MRC) Харвелл, Оксфордшир, Соединенное Королевство; отдел генетики Исследовательского института Скриппса, Калифорния, США; Центр мутагенеза мышей для пороков развития при Медицинском колледже Бейлора, Техас, США; и другие. [5]

Рисунок 7: Экраны модификаторов. На экране модификаторов выбирается организм с уже существующим фенотипом. Таким образом, скрининг предназначен для выделения мутантов, у которых ранее существовавший интересующий фенотип усиливается или подавляется.
  • б. Экраны модификаторов

Модификатор, такой как энхансер или супрессор, может изменять функцию гена. На экране модификаторов выбирается организм с уже существующим фенотипом. Таким образом, любые мутации, вызванные мутагеном (ENU), можно оценить на предмет их усиливающей или подавляющей активности. [7] Скрининг доминантных и рецессивных мутаций проводится аналогично обычному полногеномному скринингу (рис. 7). На дрозофиле был проведен ряд экранов-модификаторов . Недавно Алига и др. провели скрининг доминантных модификаторов с использованием мышей, индуцированных ENU, для идентификации модификаторов сигнального пути Notch. [8] Дельта 1 является лигандом рецептора Notch. Гомозиготная потеря функции Delta 1 ( Dll1 lacZ / lacZ) является эмбрионально летальным. Мышей, получавших ENU, скрещивали с гетерозиготами Dll1 lacZ . В G 1 было создано 35 мутантных линий, в 7 из которых обнаружены модификаторы сигнального пути Notch.

Сенсибилизированные экраны [ править ]

В случае генетических заболеваний с участием нескольких генов мутации в нескольких генах способствуют прогрессированию заболевания. Однако мутация только в одном из этих генов не может вносить существенного вклада в какой-либо фенотип. Такие «предрасполагающие гены» можно идентифицировать с помощью сенсибилизированных экранов. [9] В этом типе экрана генетический фон или фон окружающей среды изменяются таким образом, чтобы сделать мышь чувствительной к этим изменениям. Идея состоит в том, что предрасполагающие гены могут быть обнаружены на модифицированном генетическом фоне или на фоне окружающей среды. Ринчик и др. провели сенсибилизированный скрининг мутантов мышей, предрасположенных к диабетической нефропатии. Мышей лечили ЭНУ на сенсибилизированном фоне диабета 1 типа. У этих диабетических мышей была доминирующая мутация Акита в гене инсулина-2 (Ins2 Акита ). У этих мышей развилась альбуминурия - фенотип, который не наблюдался у недиабетических потомков. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Этилнитрозомочевина - Резюме Соединения" . PubChem Compound . США: Национальный центр биотехнологической информации. 26 марта 2005 г. Опознание . Проверено 7 октября 2011 года .
  2. ^ a b c d Дэвис, А. П., Джастис М. Дж. Наследие Ок-Риджа: специфический тест локуса и его роль в мутагенезе мышей. Генетика 148,7-12 (1998)
  3. ^ Russell WL, Kelly EM, Hunsicker PR, Bangham JW, Maddux SC, Phipps EL Specific-locus test показывает, что этилнитрозомочевина является наиболее сильным мутагеном у мышей. Proc. Natl. Акад. Sci.USA 11, 5818-5819 (1979).
  4. ^ a b Хитоцумачи С., Карпентер Д.А., Рассел В.Л. Повторение дозы увеличивает мутагенную эффективность N-этил-N-нитрозомочевины в сперматогониях мышей. Proc. Natl. Акад. Sci.USA 82, 6619-6621 (1985).
  5. ^ a b c Нолан, П., Хагилл, А. и Кокс, Р. Д., 2002, стр. 278-89
  6. ^ Coghill Е.Л.др., 2002, p.255-6
  7. ^ a b c d e f Kile, BT & Hilton, DJ 2005, стр. 557-67
  8. ^ Рубио-Альяга, И. et.al. Генетический скрининг модификаторов функции передачи сигналов delta1-зависимой notch у мышей. Генетика 175, 1451-1463 (2007)
  9. ^ Кордес, SP Мутагенез N-этил-N-нитрозомочевины: посадка на мутантный экспресс мыши. Microbiol Mol Biol Rev 69, 426-439 (2005).
  10. ^ Tchekneva, EE et al. Сенсибилизированный скрининг мышей, мутагенизированных N-этил-N-нитрозомочевиной, выявляет доминантные мутанты, предрасположенные к диабетической нефропатии. J Am Soc Nephrol 18, 103-112 (2007).

Внешние ссылки [ править ]

  • Институт экспериментальной генетики, Немецкий исследовательский центр гигиены окружающей среды (GSF), Мюнхен, Германия [ постоянная мертвая ссылка ]
  • Программа репродуктивной геномики, Лаборатория Джексона, Мэн, США
  • Центр мутагенеза неврологии, Лаборатория Джексона, Мэн, США
  • Центр мышиного сердца, легких, крови и нарушений сна (HLBS), Лаборатория Джексона, Мэн, США
  • Австралийский центр феномена в Австралийском национальном университете, Канберра, Австралия
  • Основная лаборатория химического мутагенеза мышей, факультет нейробиологии и физиологии Северо-Западного университета, Иллинойс, США
  • Национальная лаборатория Ок-Ридж, Теннесси, США
  • Совет медицинских исследований (MRC) Харвелл, Оксфордшир, Соединенное Королевство
  • Мутагенетикс, Отдел генетики, Исследовательский институт Скриппса, Калифорния, США
  • Центр мутагенеза мышей по порокам развития, Медицинский колледж Бейлора, Техас, США
  • Научный центр геномики RIKEN, Институт Йокогамы, Япония
  • ПРОТОКОЛ: Мутагенез мышей с использованием N-этил-N-нитрозомочевины (ENU)