Генетически модифицированная мышь
или Генетически модифицированная мышь модель генно-инженерной мыши ( GEMM ) [1] Мышь ) , ( Mus musculus которой был геном изменен с помощью методов генной инженерии . Генетически модифицированные мыши обычно используются для исследований или в качестве животных моделей заболеваний человека, а также для исследования генов. Вместе с ксенотрансплантатами, полученными от пациента (PDX), GEMM являются наиболее распространенными моделями in vivo в исследованиях рака . Оба подхода считаются взаимодополняющими и могут использоваться для анализа различных аспектов заболевания. [2] GEMM также представляют большой интерес для разработки лекарств , поскольку они облегчают целевую проверку и изучение ответа, устойчивости, токсичности и фармакодинамики . [3]
История
[ редактировать ]В 1974 году Беатрис Минц и Рудольф Йениш создали первое генетически модифицированное животное, вставив ДНК-вирус в эмбрион мыши на ранней стадии и показав, что вставленные гены присутствуют в каждой клетке. [4] Однако мыши не передали трансген своему потомству, поэтому влияние и применимость этого эксперимента были ограничены. В 1981 году лаборатории Фрэнка Раддла [5] из Йельского университета , Фрэнк Костантини и Элизабет Лейси из Оксфорда , а также Ральф Л. Бринстер и Ричард Пальмитер в сотрудничестве с Пенсильванским университетом и Вашингтонским университетом ввели очищенную ДНК в одноклеточный эмбрион мыши, используя методы, разработанные Бринстером в 1960-х годах. и 1970-е годы, впервые показавшие передачу генетического материала последующим поколениям. [6] [7] [8] В 1980-х годах Пальмитер и Бринстер разработали и возглавили область трансгенеза, совершенствуя методы модификации зародышевой линии и используя эти методы для выяснения активности и функции генов способом, который был невозможен до появления их уникального подхода. [9]
Методы
[ редактировать ]Существует два основных технических подхода к производству генетически модифицированных мышей. Первый включает пронуклеарную инъекцию — метод, разработанный и усовершенствованный Ральфом Л. Бринстером в 1960-х и 1970-х годах, в одну клетку мышиного эмбриона, где он случайным образом интегрируется в мышиный геном. [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. Эмбриональные стволовые клетки, которые рекомбинируют с геномной ДНК, отбираются и затем вводятся в бластоцисты мышей . [11] Этот метод используется для манипулирования одним геном, в большинстве случаев «выбивая» целевой ген, хотя могут происходить все более тонкие и сложные генетические манипуляции (например, гуманизация определенного белка или изменение только отдельных нуклеотидов ). также Гуманизированную мышь можно создать путем прямого добавления человеческих генов, создавая тем самым мышиную форму гибрида человека и животного . Например, генетически модифицированные мыши могут рождаться с генами человеческого лейкоцитарного антигена , чтобы обеспечить более реалистичную среду при введении им лейкоцитов человека с целью изучения реакций иммунной системы . [12] Одним из таких применений является идентификация пептидов вируса гепатита С (ВГС), которые связываются с HLA и которые могут распознаваться иммунной системой человека, что потенциально может стать мишенью для будущих вакцин против ВГС. [13]
Использование
[ редактировать ]
Генетически модифицированные мыши широко используются в исследованиях в качестве моделей заболеваний человека. [14] Мыши являются полезной моделью для генетических манипуляций и исследований, поскольку их ткани и органы аналогичны человеческим и несут практически все те же гены, что и у людей. [15] У них также есть преимущества перед другими млекопитающими в плане исследований, поскольку они доступны в виде сотен генетически однородных штаммов. [15] Кроме того, благодаря своему размеру их можно хранить и размещать в больших количествах, что снижает затраты на исследования и эксперименты. [15] Наиболее распространенным типом является нокаутная мышь , у которой удаляется активность одного (или в некоторых случаях нескольких) генов. Их использовали для изучения и моделирования ожирения, болезней сердца, диабета, артрита, злоупотребления психоактивными веществами, тревоги, старения, температуры и болевого синдрома, а также болезни Паркинсона. [16] [17] Трансгенные мыши, созданные для того, чтобы нести клонированные онкогены , и нокаутные мыши, у которых отсутствуют гены, подавляющие опухоль, стали хорошими моделями рака человека . Были разработаны сотни таких онкологических препаратов, охватывающих широкий спектр видов рака, поражающих большинство органов тела, и они совершенствуются, чтобы стать более репрезентативными для рака человека. [9] Симптомы заболевания и потенциальные лекарства или методы лечения можно протестировать на этих моделях мышей.
Мышь была генетически модифицирована для увеличения мышечного роста и силы за счет сверхэкспрессии инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I) в дифференцированных мышечных волокнах . [18] [19] У другой мыши был изменен ген, который участвует в метаболизме глюкозы и бегает быстрее, живет дольше, более сексуально активен и ест больше, не толстея, чем средняя мышь (см. «Метаболические супермыши »). [20] [21] У другой мыши рецептор TRPM8 был заблокирован или удален в исследовании с использованием капсаицина и ментола . [17] После удаления рецептора TRPM8 мышь не смогла обнаружить небольшие изменения температуры и связанную с ней боль. [17]
Следует проявлять большую осторожность при принятии решения об использовании генетически модифицированных мышей в исследованиях. [22] Иногда упускаются из виду даже такие базовые вопросы, как выбор правильной управляющей мыши «дикого типа» для сравнения. [23]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сингх, М.; Мюрриэль, CL; Джонсон, Л. (16 мая 2012 г.). «Генетически модифицированные мышиные модели: сокращение разрыва между доклиническими данными и результатами испытаний» . Исследования рака . 72 (11): 2695–2700. дои : 10.1158/0008-5472.CAN-11-2786 . ПМИД 22593194 .
- ^ Абате-Шен, К.; Пандольфи, ПП (30 сентября 2013 г.). «Эффективное использование и соответствующий выбор моделей генно-инженерных мышей для трансляционной интеграции испытаний на мышах и людях» . Протоколы Колд-Спринг-Харбора . 2013 (11): 1006–1011. дои : 10.1101/pdb.top078774 . ПМК 4382078 . ПМИД 24173311 .
- ^ Шарплесс, Норман Э.; ДеПиньо, Рональд А. (сентябрь 2006 г.). «Могучая мышь: генетически модифицированные мышиные модели в разработке лекарств от рака» . Nature Reviews Открытие лекарств . 5 (9): 741–754. дои : 10.1038/nrd2110 . ISSN 1474-1784 . ПМИД 16915232 . S2CID 7254415 .
- ^ Джениш, Р.; Минц, Б. (1974). «Последовательности ДНК обезьяньего вируса 40 в ДНК здоровых взрослых мышей, полученные из преимплантационных бластоцист, которым инъецировали вирусную ДНК» . Учеб. Натл. акад. Наука . 71 (4): 1250–1254. Бибкод : 1974PNAS...71.1250J . дои : 10.1073/pnas.71.4.1250 . ПМЦ 388203 . ПМИД 4364530 .
- ^ Кучерлапати, Раджу; Лейнванд, Лесли А. (2013). «Фрэнк Раддл (1929–2013») . Американский журнал генетики человека . 92 (6): 839–840. : 10.1016 /j.ajhg.2013.05.012 . PMC 3675234. . PMID 24242788 doi
- ^ Гордон, Дж.; Раддл, Ф. (1981). «Интеграция и стабильная передача зародышевой линии генов, инъецированных в пронуклеусы мыши». Наука . 214 (4526): 1244–6. Бибкод : 1981Sci...214.1244G . дои : 10.1126/science.6272397 . ПМИД 6272397 .
- ^ Константини, Ф.; Лейси, Э. (1981). «Введение кроличьего гена β-глобина в зародышевую линию мыши». Природа . 294 (5836): 92–4. Бибкод : 1981Natur.294...92C . дои : 10.1038/294092a0 . ПМИД 6945481 . S2CID 4371351 .
- ^ Бринстер Р., Чен Х.И., Трумбауэр М., Сенир А.В., Уоррен Р., Пальмитер Р.Д. (1981). «Соматическая экспрессия тимидинкиназы герпеса у мышей после инъекции слитого гена в яйца» . Клетка . 27 (1: 2): 223–231. дои : 10.1016/0092-8674(81)90376-7 . ПМЦ 4883678 . ПМИД 6276022 .
- ^ Jump up to: а б Дуглас Ханахан; Эрвин Ф. Вагнер; Ричард Д. Пальмитер (2007). «Истоки онкомизма: история первых трансгенных мышей, генетически модифицированных для развития рака» . Генс Дев . 21 (18): 2258–2270. дои : 10.1101/gad.1583307 . ПМИД 17875663 .
- ^ Гордон, Дж.В., Скангос, Дж.А., Плоткин, Д.Д., Барбоза, Дж.А. и Раддл Ф.Х. (1980). «Генетическая трансформация эмбрионов мышей путем микроинъекции очищенной ДНК» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 77 (12): 7380–7384. Бибкод : 1980PNAS...77.7380G . дои : 10.1073/pnas.77.12.7380 . ПМК 350507 . ПМИД 6261253 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Томас КР, Капечки MR (1987). «Сайт-направленный мутагенез путем нацеливания на гены в стволовых клетках, полученных из эмбрионов мыши». Клетка . 51 (3): 503–12. дои : 10.1016/0092-8674(87)90646-5 . ПМИД 2822260 . S2CID 31961262 .
- ^ Ён КС, Хер З, Чен Ц (август 2018 г.). «Гуманизированные мыши как уникальные инструменты для исследований человека» . Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis . 66 (4): 245–266. дои : 10.1007/s00005-018-0506-x . ПМК 6061174 . ПМИД 29411049 .
- ^ «Мышиный штамм C57BL/6-Mcph1 Tg(HLA-A2.1)1Enge " . Лаборатория Джексона . Проверено 6 января 2023 г.
- ^ «Предпосылки: клонированные и генетически модифицированные животные» . Центр генетики и общества. 14 апреля 2005 года. Архивировано из оригинала 23 ноября 2016 года . Проверено 11 июля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с Хофкер, Мартен Х.; Дёрсен, Ян ван (2002). Трансгенная мышь . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. стр. 1 . ISBN 0-89603-915-3 .
- ^ «Нокаутирующие мыши» . Национальный институт исследования генома человека. 2009.
- ^ Jump up to: а б с Юлиус, Дэвид. «Как перец и мята идентифицируют сенсорные рецепторы температуры и боли» . iБиология . Проверено 14 мая 2020 г.
- ^ Макферрон, А.; Лоулер, А.; Ли, С. (1997). «Регуляция массы скелетных мышц у мышей с помощью нового члена суперсемейства TGF-бета». Природа . 387 (6628): 83–90. Бибкод : 1997Natur.387...83M . дои : 10.1038/387083a0 . ПМИД 9139826 . S2CID 4271945 .
- ^ Элизабет Р. Бартон-Дэвис; Дарья Ивановна Шотурма; Антонио Мусаро; Надя Розенталь; Х. Ли Суини (1998). «Вирусная экспрессия инсулиноподобного фактора роста I блокирует связанную со старением потерю функции скелетных мышц» . ПНАС . 95 (26): 15603–15607. Бибкод : 1998PNAS...9515603B . дои : 10.1073/pnas.95.26.15603 . ПМК 28090 . ПМИД 9861016 .
- ^ «Генетически модифицированная супермышь ошеломляет ученых» . ААП . 3 ноября 2007 г.
- ^ Хакими П., Ян Дж., Казадезус Г., Массиллон Д., Толентино-Сильва Ф., Най С., Кабрера М., Хаген Д., Аттер К., Багди Ю., Джонсон Д.Х., Уилсон Д.Л., Кирван Дж.П., Калхан С.С., Хэнсон Р.В. (2007). «Сверхэкспрессия цитозольной формы фосфоенолпируваткарбоксикиназы (GTP) в скелетных мышцах меняет энергетический метаболизм у мышей» . Журнал биологической химии . 282 (45): 32844–32855. дои : 10.1074/jbc.M706127200 . ПМЦ 4484620 . ПМИД 17716967 .
- ^ Крузио, МЫ ; Голдовиц, Д.; Холмс, А.; Вулфер, Д. (2009). «Стандарты публикации исследований мутантов на мышах» . Гены, мозг и поведение . 8 (1): 1–4. дои : 10.1111/j.1601-183X.2008.00438.x . ПМИД 18778401 . S2CID 205853147 .
- ^ Мохаммед Бурди; Джон С. Дэвис; Лэнс Р. Пол (2011). «Неправильное спаривание субштаммов C57BL/6 генно-инженерных мышей и контрольных животных дикого типа может привести к противоречивым результатам, как это было в исследованиях JNK2 при повреждении печени ацетаминофеном и конканавалином А» . Химические исследования в токсикологии . 24 (6): 794–796. дои : 10.1021/tx200143x . ПМК 3157912 . ПМИД 21557537 .