Генетически модифицированная мышь или модель генно-инженерной мыши ( GEMM ) [1] — это мышь ( Mus musculus ), геном которой был 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]
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 , Фрэнка Константини и Элизабет Лейси из Оксфорда , а также Ральфа Л. Бринстера и Ричарда Пальмитера в сотрудничестве с Пенсильванским и Вашингтонским университетами ввели очищенную ДНК в одноклеточную клетку. эмбрион мыши с использованием методов, разработанных Бринстером в 1960-х и 1970-х годах, что впервые продемонстрировало 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 их уникального подхода. . [9]
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 ). Гуманизированную мышь также 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, тем самым потенциально являясь мишенями для будущих вакцин против ВГС. [13]
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 сотнях генетически однородных штаммов. [15] Кроме того, благодаря своим размерам, 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 участием капсаицина и ментола . [17] После удаления рецептора TRPM8 мышь не могла 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]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )