Geneticky modifikovaná myš - Genetically modified mouse - Wikipedia

Geneticky modifikovaná myš, u které byl vyřazen gen ovlivňující růst vlasů (vlevo), zobrazený vedle normální laboratorní myši.

A geneticky modifikovaná myš nebo geneticky upravený model myši (GEMM)[1] je myš (Mus musculus), který má své genom změněno použitím genetické inženýrství techniky. Geneticky modifikované myši se běžně používají pro výzkum nebo jako zvířecí modely lidských nemocí a používají se také pro výzkum genů. Dohromady s xenografty odvozené od pacienta (PDX), GEMM jsou nejběžnější in vivo modely v výzkum rakoviny. Oba přístupy jsou považovány za doplňkové a lze je použít k rekapitulaci různých aspektů onemocnění.[2] GEMM jsou také velmi zajímavé vývoj léků, protože usnadňují validaci cíle a studium odezvy, rezistence, toxicity a farmakodynamika.[3]

Dějiny

V roce 1974 Beatrice Mintz a Rudolf Jaenisch vytvořil první geneticky modifikované zvíře vložením viru DNA do myši v rané fázi embryo a ukazuje, že vložené geny byly přítomny v každé buňce.[4] Myši však neprošly transgen na jejich potomky, a dopad a použitelnost tohoto experimentu byly proto omezené. V roce 1981 laboratoře Frank Ruddle[5] z univerzita Yale, Frank Costantini a Elizabeth Lacy z Oxford, a Ralph L. Brinster a Richard Palmiter ve spolupráci s University of Pennsylvania a University of Washington vstříkla purifikovanou DNA do a jednobuněčné myší embryo s využitím technik vyvinutých Brinsterem v 60. a 70. letech, které poprvé ukazují přenos genetického materiálu do dalších generací.[6][7][8] Během 80. let Palmiter a Brinster vyvinuli a vedli oblast transgeneze a rafinačních metod zárodečná linie modifikace a použití těchto technik k objasnění aktivity a funkce genů způsobem, který není možný před jejich jedinečným přístupem.[9]

Metody

Existují dva základní technické přístupy k produkci geneticky modifikovaných myší. První zahrnuje pronukleární injekce, technika vyvinutá a vylepšená Ralph L. Brinster v 60. a 70. letech do jediné buňky myšího embrya, kde se náhodně integruje do myšího genomu.[10] Tato metoda vytváří a transgenní myš a používá se k vložení nové genetické informace do myšího genomu nebo k nadměrné expresi endogenní geny. Druhý přístup, průkopníkem Oliver Smithies a Mario Capecchi, zahrnuje úpravy embryonální kmenové buňky s DNA konstrukt obsahující sekvence DNA homologní k cílovému genu. Embryonální kmenové buňky rekombinovat s genomovou DNA jsou vybrány a poté jsou injikovány do myší blastocysty.[11] Tato metoda se ve většině případů používá k manipulaci s jediným genem "vyřazení" cílový gen, i když může nastat stále jemnější a složitější genetická manipulace (např. humanizace konkrétního proteinu nebo pouze změna jednoho nukleotidy ).

Použití

Transgenní myši exprimující zelený fluorescenční protein, která pod modrým světlem svítí zeleně. Centrální myš je divoký typ.

Geneticky modifikované myši se ve výzkumu hojně používají jako modely lidských onemocnění.[12] Myši jsou užitečným modelem pro genetickou manipulaci a výzkum papírové kapesníky a orgány jsou podobné jako u člověka a nesou prakticky všechny stejné geny, které fungují u lidí.[13] Mají také výhody oproti jiným savcům, pokud jde o výzkum, v tom, že jsou dostupné ve stovkách geneticky homogenních kmenů.[13] Vzhledem ke své velikosti je také možné ve velkém množství uchovávat a uchovávat, což snižuje náklady na výzkum a experimenty.[13] Nejběžnějším typem je knockout myš, kde je odstraněna aktivita jednoho (nebo v některých případech více) genů. Byly použity ke studiu a modelování obezity, srdečních chorob, cukrovky, artritidy, zneužívání návykových látek, úzkosti, stárnutí, příjmu teploty a bolesti a Parkinsonovy choroby.[14][15] Transgenní myši generované k přenosu onkogeny a chybí knockoutované myši geny potlačující nádory poskytly dobré modely pro člověka rakovina. Stovky z nich oncomice byly vyvinuty pokrývající širokou škálu rakovin postihujících většinu orgánů těla a jsou vylepšovány, aby se staly více reprezentativními pro lidskou rakovinu.[9] Symptomy nemoci a potenciální léky nebo léčby lze testovat na těchto myších modelech.

Myš byla geneticky upravena tak, aby zvyšovala růst a sílu svalů zvýšenou expresí růstový faktor podobný inzulínu I (IGF-I) v diferencovaném svalová vlákna.[16][17] U jiné myši byl změněn gen, kterého se účastní metabolismus glukózy a běží rychleji, žije déle, je sexuálně aktivnější a jí více, aniž by ztloustlo, než průměrná myš (viz Metabolická supermice ).[18][19]Další myš měla TRPM8 receptor blokován nebo odstraněn ve studii zahrnující kapsaicin a mentol.[15] S odstraněným receptorem TRPM8 nebyla myš schopna detekovat malé změny teploty a bolesti s ní spojené. [15]

Při rozhodování o tom, jak používat geneticky modifikované myši ve výzkumu, je třeba věnovat velkou pozornost.[20] Dokonce jsou přehlíženy i základní problémy, jako je výběr správné „divoké“ ovládací myši, která se použije pro srovnání.[21]

Reference

  1. ^ Singh, M .; Murriel, C. L .; Johnson, L. (16. května 2012). „Geneticky upravené modely myší: překlenutí propasti mezi předklinickými daty a zkušebními výsledky“. Výzkum rakoviny. 72 (11): 2695–2700. doi:10.1158 / 0008-5472.CAN-11-2786.
  2. ^ Abate-Shen, C .; Pandolfi, P. P. (30. září 2013). „Efektivní využití a vhodný výběr geneticky upravených modelů myší pro translační integraci pokusů myší a lidí“. Cold Spring Harbor Protocols. 2013 (11): 1006–1011. doi:10.1101 / pdb.top078774.
  3. ^ Sharpless, Norman E .; DePinho, Ronald A. (září 2006). „Mocná myš: geneticky upravené myší modely při vývoji léků na rakovinu“. Recenze přírody Objev drog. 5 (9): 741–754. doi:10.1038 / nrd2110. ISSN  1474-1784.
  4. ^ Jaenisch, R .; Mintz, B. (1974). „Simian virus 40 sekvencí DNA v DNA zdravých dospělých myší odvozených z preimplantačních blastocyst injikovaných virovou DNA“. Proc. Natl. Acad. Sci. 71 (4): 1250–1254. Bibcode:1974PNAS ... 71.1250J. doi:10.1073 / pnas.71.4.1250. PMC  388203. PMID  4364530.
  5. ^ Kucherlapati, Raju; Leinwand, Leslie A. (2013). „Frank Ruddle (1929–2013)“. American Journal of Human Genetics. 92 (6): 839–840. doi:10.1016 / j.ajhg.2013.05.012. PMC  3675234. PMID  24242788.
  6. ^ Gordon, J .; Ruddle, F. (1981). "Integrace a stabilní přenos zárodečné linie genů injikovaných do myších nukleonů". Věda. 214 (4526): 1244–6. Bibcode:1981Sci ... 214.1244G. doi:10.1126 / science.6272397. PMID  6272397.
  7. ^ Costantini, F .; Lacy, E. (1981). "Zavedení králičího genu pro β-globin do zárodečné linie myši". Příroda. 294 (5836): 92–4. Bibcode:1981Natur.294 ... 92C. doi:10.1038 / 294092a0. PMID  6945481.
  8. ^ Brinster R, Chen HY, Trumbauer M, Senear AW, Warren R, Palmiter RD (1981). "Somatická exprese herpes thymidinkinázy u myší po injekci fúzního genu do vajec". Buňka. 27 (1 Pt 2): 223–231. doi:10.1016/0092-8674(81)90376-7. PMC  4883678. PMID  6276022.
  9. ^ A b Douglas Hanahan; Erwin F. Wagner; Richard D. Palmiter (2007). „Počátky onkomice: historie prvních transgenních myší geneticky upravených pro vývoj rakoviny“. Genes Dev. 21 (18): 2258–2270. doi:10.1101 / gad.1583307. PMID  17875663.
  10. ^ Gordon, J.W., Scangos, G.A, Plotkin, D.J., Barbosa, J.A. a Ruddle F. H. (1980). "Genetická transformace myších embryí mikroinjekcí purifikované DNA". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 77 (12): 7380–7384. Bibcode:1980PNAS ... 77,7380G. doi:10.1073 / pnas.77.12.7380. PMC  350507. PMID  6261253.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  11. ^ Thomas KR, Capecchi MR (1987). "Místně zaměřená mutageneze podle genového cílení v kmenových buňkách získaných z embryí myší". Buňka. 51 (3): 503–12. doi:10.1016/0092-8674(87)90646-5. PMID  2822260.
  12. ^ „Pozadí: Klonovaná a geneticky modifikovaná zvířata“. Centrum pro genetiku a společnost. 14. dubna 2005. Archivovány od originál 23. listopadu 2016. Citováno 11. července 2010.
  13. ^ A b C Hofker, Marten H .; Deursen, Jan van (2002). Transgenní myš. Totowa, New Jersey: Humana Press. str.1. ISBN  0-89603-915-3.
  14. ^ "Vyřazovací myši". Ústav pro výzkum lidského genomu. 2009.
  15. ^ A b C Julius, David. "Jak papriky a máta peprná identifikovaly smyslové receptory pro teplotu a bolest". iBiologie. Citováno 2020-05-14.
  16. ^ McPherron, A .; Lawler, A .; Lee, S. (1997). „Regulace hmoty kosterního svalstva u myší novým členem nadrodiny TGF-beta“. Příroda. 387 (6628): 83–90. Bibcode:1997 Natur.387 ... 83M. doi:10.1038 / 387083a0. PMID  9139826.
  17. ^ Elisabeth R. Barton-Davis; Daria I. Shoturma; Antonio Musaro; Nadia Rosenthal; H. Lee Sweeney (1998). „Virově zprostředkovaná exprese růstového faktoru podobného inzulínu I blokuje ztrátu funkce kosterního svalstva související se stárnutím“. PNAS. 95 (26): 15603–15607. Bibcode:1998PNAS ... 9515603B. doi:10.1073 / pnas.95.26.15603. PMC  28090. PMID  9861016.
  18. ^ „Geneticky konstruovaná super myš omráčí vědce“. AAP. 3. listopadu 2007.
  19. ^ Hakimi P, Yang J, Casadesus G, Massillon D, Tolentino-Silva F, Nye C, Cabrera M, Hagen D, Utter C, Baghdy Y, Johnson DH, Wilson DL, Kirwan JP, Kalhan SC, Hanson RW (2007). „Nadměrná exprese cytosolické formy fosfoenolpyruvátkarboxykinázy (GTP) v kostním svalstvu obnovuje energetický metabolismus myší“. Journal of Biological Chemistry. 282 (45): 32844–32855. doi:10,1074 / jbc.M706127200. PMC  4484620. PMID  17716967.
  20. ^ Crusio, WE; Goldowitz, D .; Holmes, A .; Wolfer, D. (2009). "Standardy pro zveřejnění studií mutantů na myších". Geny, mozek a chování. 8 (1): 1–4. doi:10.1111 / j.1601-183X.2008.00438.x. PMID  18778401.
  21. ^ Mohammed Bourdi; John S. Davies; Lance R. Pohl (2011). „Nesprávné spárování C57BL / 6 substrainů s geneticky upravenými kontrolami myší a divokého typu může vést k matoucím výsledkům, jak tomu bylo ve studiích JNK2 u poranění jater acetaminofenem a konkanavalinem“. Chemický výzkum v toxikologii. 24 (6): 794–796. doi:10.1021 / tx200143x. PMC  3157912. PMID  21557537.

externí odkazy