Генетически модифицированные мыши или методами генной инженерии модель мыши ( GEMM ) [1] является мыши ( Mus Musculus ) , который имел свой геном измененное за счет использования генной инженерии методов. Генетически модифицированные мыши обычно используются для исследований или в качестве животных моделей болезней человека, а также для исследования генов. Вместе с ксенотрансплантатами, полученными от пациентов (PDX), GEMM являются наиболее распространенными моделями in vivo в исследованиях рака . Оба подхода считаются взаимодополняющими и могут использоваться для повторения различных аспектов болезни. [2]GEMM также представляют большой интерес для разработки лекарств , поскольку они облегчают проверку целей и изучение ответа, устойчивости, токсичности и фармакодинамики . [3]
История
В 1974 году Беатрис Минц и Рудольф Яениш создали первое генетически модифицированное животное, вставив ДНК-вирус в зародыш мыши на ранней стадии и продемонстрировав, что встроенные гены присутствуют в каждой клетке. [4] Однако мыши не передавали трансген своему потомству, поэтому влияние и применимость этого эксперимента были ограничены. В 1981 году лаборатории Франка метить [5] из Йельского университета , Франк Костантини и Элизабет Лейси из Оксфорда , и Ральф Л. Brinster и Ричард Palmiter в сотрудничестве с Университетом Пенсильвании и Университета штата Вашингтон впрыскиваемого очищают ДНК в одноклеточных эмбрион мыши с использованием методов, разработанных Бринстером в 1960-х и 1970-х годах, впервые продемонстрировавших передачу генетического материала последующим поколениям. [6] [7] [8] В течение 1980-х годов Палмитер и Бринстер разработали и возглавили область трансгенеза, совершенствуя методы модификации зародышевой линии и используя эти методы для выяснения активности и функции генов способом, невозможным до их уникального подхода. . [9]
Методы
Существует два основных технических подхода к производству генетически модифицированных мышей. Первый включает пронуклеарную инъекцию , методику, разработанную и усовершенствованную Ральфом Л. Бринстером в 1960-х и 1970-х годах, в единственную клетку эмбриона мыши, где она случайным образом интегрируется в геном мыши. [10] Этот метод создает трансгенную мышь и используется для вставки новой генетической информации в геном мыши или для сверхэкспрессии эндогенных генов. Второй подход, впервые предложенный Оливером Смитисом и Марио Капеччи , включает модификацию эмбриональных стволовых клеток с помощью конструкции ДНК, содержащей последовательности ДНК, гомологичные целевому гену. Отбирают эмбриональные стволовые клетки, которые рекомбинируют с геномной ДНК, и затем их вводят в бластоцисты мышей . [11] Этот метод используется для манипулирования одним геном, в большинстве случаев «нокаутируя» целевой ген, хотя могут происходить все более тонкие и сложные генетические манипуляции (например, гуманизация определенного белка или изменение только отдельных нуклеотидов ).
Использует
Генетически модифицированные мыши широко используются в исследованиях в качестве моделей болезней человека. [12] Мыши являются полезной моделью для генетических манипуляций и исследований, поскольку их ткани и органы похожи на человеческие, и они несут практически все те же гены, что и у людей. [13] У них также есть преимущества перед другими млекопитающими с точки зрения исследований, поскольку они доступны в виде сотен генетически однородных штаммов. [13] Кроме того, благодаря своему размеру их можно хранить и размещать в большом количестве, что снижает затраты на исследования и эксперименты. [13] Наиболее распространенным типом является мышь с нокаутом , у которой удаляется активность одного (или в некоторых случаях нескольких) генов. Они использовались для изучения и моделирования ожирения, сердечных заболеваний, диабета, артрита, злоупотребления психоактивными веществами, беспокойства, старения, температуры и боли, а также болезни Паркинсона. [14] [15] Трансгенные мыши, созданные для переноса клонированных онкогенов, и мыши с нокаутом, лишенные генов, подавляющих опухоль, стали хорошими моделями рака человека . Сотни этих онкомисов были разработаны, охватывая широкий спектр видов рака, поражающих большинство органов тела, и они дорабатываются, чтобы стать более репрезентативными для рака человека. [9] Симптомы болезни и потенциальные лекарства или методы лечения могут быть протестированы на этих мышах.
Мышь была генетически сконструирована для увеличения мышечного роста и силы за счет сверхэкспрессии инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I) в дифференцированных мышечных волокнах . [16] [17] У другой мыши был изменен ген, который участвует в метаболизме глюкозы и работает быстрее, живет дольше, более сексуально активен и ест больше, не становясь толще, чем средняя мышь (см. Метаболические супермыши ). [18] [19] У другой мыши рецептор TRPM8 был заблокирован или удален в исследовании с участием капсаицина и ментола . [15] После удаления рецептора TRPM8 мышь не могла обнаружить небольшие изменения температуры и связанную с этим боль. [15]
При выборе методов использования генетически модифицированных мышей в исследованиях следует проявлять особую осторожность. [20] Иногда упускаются из виду даже такие элементарные вопросы, как выбор правильной управляющей мыши «дикого типа» для сравнения. [21]
Рекомендации
- ^ Сингх, М .; Murriel, CL; Джонсон, Л. (16 мая 2012 г.). «Генно-инженерные модели мышей: устранение разрыва между доклиническими данными и результатами испытаний» . Исследования рака . 72 (11): 2695–2700. DOI : 10.1158 / 0008-5472.CAN-11-2786 .
- ^ Abate-Shen, C .; Пандольфи, П.П. (30 сентября 2013 г.). «Эффективное использование и соответствующий выбор генно-инженерных моделей мышей для трансляционной интеграции испытаний на мышах и людях» . Протоколы Колд-Спринг-Харбор . 2013 (11): 1006–1011. DOI : 10,1101 / pdb.top078774 .
- ^ Шарплесс, Норман Э .; ДеПиньо, Рональд А. (сентябрь 2006 г.). «Могучая мышь: генно-инженерные модели мышей в разработке лекарств от рака» . Nature Reviews Drug Discovery . 5 (9): 741–754. DOI : 10.1038 / nrd2110 . ISSN 1474-1784 .
- ^ Jaenisch, R .; Минц, Б. (1974). «Последовательности ДНК обезьяньего вируса 40 в ДНК здоровых взрослых мышей, полученных из доимплантационных бластоцист, инъецированных вирусной ДНК» . Proc. Natl. Акад. Sci . 71 (4): 1250–1254. Bibcode : 1974PNAS ... 71.1250J . DOI : 10.1073 / pnas.71.4.1250 . PMC 388203 . PMID 4364530 .
- ^ Кучерлапати, Раджу; Лейнванд, Лесли А. (2013). "Фрэнк Раддл (1929-2013" . Американский журнал генетики человека . 92 (6): 839-840. DOI : 10.1016 / j.ajhg.2013.05.012 . PMC 3675234 . PMID 24242788 .
- ^ Gordon, J .; Раддл, Ф. (1981). «Интеграция и стабильная передача генов зародышевой линии, введенных в пронуклеусы мыши». Наука . 214 (4526): 1244–6. Bibcode : 1981Sci ... 214.1244G . DOI : 10.1126 / science.6272397 . PMID 6272397 .
- ^ Costantini, F .; Лейси, Э. (1981). «Введение кроличьего гена β-глобина в зародышевую линию мыши». Природа . 294 (5836): 92–4. Bibcode : 1981Natur.294 ... 92C . DOI : 10.1038 / 294092a0 . PMID 6945481 .
- ^ Бринстер Р., Чен Х.Й., Трумбауэр М., Сеньар А.В., Уоррен Р., Палмитер Р.Д. (1981). «Соматическая экспрессия тимидинкиназы герпеса у мышей после инъекции гибридного гена в яйца» . Cell . 27 (1 Пет 2): 223–231. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (81) 90376-7 . PMC 4883678 . PMID 6276022 .
- ^ а б Дуглас Ханахан; Эрвин Ф. Вагнер; Ричард Д. Палмитер (2007). «Истоки онкомиса: история первых трансгенных мышей, генетически модифицированных для развития рака» . Genes Dev . 21 (18): 2258–2270. DOI : 10,1101 / gad.1583307 . PMID 17875663 .
- ^ Гордон, Дж. У., Скангос, Г. А., Плоткин, Д. Д., Барбоза, Дж. А. и Раддл Ф. Х. (1980). «Генетическая трансформация эмбрионов мыши путем микроинъекции очищенной ДНК» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 77 (12): 7380–7384. Bibcode : 1980PNAS ... 77.7380G . DOI : 10.1073 / pnas.77.12.7380 . PMC 350507 . PMID 6261253 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Томас KR, Капеччи MR (1987). «Сайт-направленный мутагенез путем нацеливания генов в стволовых клетках, полученных из эмбрионов мыши». Cell . 51 (3): 503–12. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (87) 90646-5 . PMID 2822260 .
- ^ «Предпосылки: клонированные и генетически модифицированные животные» . Центр генетики и общества. 14 апреля 2005 года Архивировано из оригинального 23 ноября 2016 года . Проверено 11 июля 2010 года .
- ^ а б в Hofker, Marten H .; Дерсен, Ян ван (2002). Трансгенная мышь . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. стр. 1 . ISBN 0-89603-915-3.
- ^ «Мыши-нокауты» . Национальный институт исследования генома человека. 2009 г.
- ^ а б в Юлий, Дэвид. «Как перец и мята перечной определили сенсорные рецепторы температуры и боли» . iBiology . Проверено 14 мая 2020 .
- ^ McPherron, A .; Лоулер, А .; Ли, С. (1997). «Регулирование массы скелетных мышц у мышей новым членом суперсемейства TGF-бета». Природа . 387 (6628): 83–90. Bibcode : 1997Natur.387 ... 83M . DOI : 10.1038 / 387083a0 . PMID 9139826 .
- ^ Элизабет Р. Бартон-Дэвис; Дарья И. Шотурма; Антонио Мусаро; Надя Розенталь; Х. Ли Суини (1998). «Опосредованная вирусами экспрессия инсулиноподобного фактора роста I блокирует связанную со старением потерю функции скелетных мышц» . PNAS . 95 (26): 15603–15607. Bibcode : 1998PNAS ... 9515603B . DOI : 10.1073 / pnas.95.26.15603 . PMC 28090 . PMID 9861016 .
- ^ «Генно-инженерные супермыши ошеломляют ученых» . AAP . 3 ноября 2007 г.
- ^ Хакими П., Ян Дж., Касадесус Дж., Массиллон Д., Толентино-Силва Ф, Най С., Кабрера М., Хаген Д., Уттер С., Багди И., Джонсон Д. Д., Уилсон Д. Л., Кирван Дж. П., Калхан С. К., Хэнсон Р. В. (2007). «Сверхэкспрессия цитозольной формы фосфоенолпируваткарбоксикиназы (GTP) в энергетическом метаболизме скелетных мышц у мышей» . Журнал биологической химии . 282 (45): 32844–32855. DOI : 10.1074 / jbc.M706127200 . PMC 4484620 . PMID 17716967 .
- ^ Крузио, МЫ ; Goldowitz, D .; Холмс, А .; Вулфер, Д. (2009). «Стандарты публикации исследований мутантных мышей». Гены, мозг и поведение . 8 (1): 1–4. DOI : 10.1111 / j.1601-183X.2008.00438.x . PMID 18778401 .
- ^ Мохаммед Бурди; Джон С. Дэвис; Лэнс Р. Поль (2011). «Неправильное спаривание подвидов C57BL / 6 мышей, созданных с помощью генной инженерии, и контрольных животных дикого типа может привести к противоречивым результатам, как это было в исследованиях JNK2 в ацетаминофене и конканавалине А при повреждении печени» . Химические исследования в токсикологии . 24 (6): 794–796. DOI : 10.1021 / tx200143x . PMC 3157912 . PMID 21557537 .
Внешние ссылки
- Информатика генома мыши (informatics.jax.org)
- Подразделение генетики млекопитающих Харвелл: мышиные модели болезней человека