Генетически модифицированная мышь или генетически сконструированная модель 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 человеческих заболеваний, а также для исследований генов. Вместе с полученными от пациентов ксенотрансплантатами (PDX) GEMM являются наиболее распространенными моделями in vivo в исследованиях рака . Оба подхода считаются взаимодополняющими и могут использоваться для воспроизведения различных аспектов заболевания. [2] GEMM также представляют большой интерес для разработки лекарств , поскольку они облегчают проверку цели и изучение ответа, резистентности, токсичности и фармакодинамики . [3]
В 1974 году Беатрис Минц и Рудольф Йениш создали первое генетически модифицированное животное, внедрив ДНК-вирус в эмбрион мыши на ранней стадии развития и показав, что вставленные гены присутствовали в каждой клетке. [4] Однако мыши не передали трансген своему потомству, и поэтому влияние и применимость этого эксперимента были ограничены. В 1981 году лаборатории Фрэнка Раддла [5] из Йельского университета , Фрэнка Костантини и Элизабет Лейси из Оксфорда , а также Ральфа Л. Бринстера и Ричарда Палмитера в сотрудничестве с Университетом Пенсильвании и Университетом Вашингтона ввели очищенную ДНК в одноклеточный эмбрион мыши, используя методы, разработанные Бринстера в 1960-х и 1970-х годах, впервые продемонстрировав 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 функций генов способом, который был невозможен до их уникального подхода. [9]
Существует два основных технических подхода к получению генетически модифицированных мышей. Первый включает в себя пронуклеарную инъекцию , технику, разработанную и усовершенствованную Ральфом Л. Бринстера в 1960-х и 1970-х годах, в одну клетку эмбриона мыши, где она будет случайным образом интегрироваться 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 в себя модификацию эмбриональных стволовых клеток с помощью конструкции ДНК , содержащей последовательности ДНК, гомологичные целевому гену. Отбираются 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 «выключая» целевой ген, хотя могут происходить все более тонкие и сложные генетические манипуляции (например, гуманизация определенного белка или изменение только отдельных нуклеотидов ). Гуманизированную мышь можно также создать путем прямого добавления человеческих генов, тем самым создав мышиную форму гибрида человека и животного . Например, генетически модифицированные мыши могут родиться с генами человеческих лейкоцитарных антигенов , чтобы обеспечить более реалистичную среду при введении в них человеческих белых кровяных клеток для изучения реакций иммунной системы . [12] Одним из таких применений является идентификация пептидов вируса гепатита С (HCV), которые связываются с HLA и могут распознаваться иммунной системой человека, тем самым потенциально являясь целями для будущих вакцин против HCV. [13]
Генетически модифицированные мыши широко используются в исследованиях в качестве моделей человеческих заболеваний. [14] 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, которые действуют у людей. [15] Они также имеют преимущества перед другими млекопитающими в отношении исследований, поскольку они доступны в сотнях генетически однородных штаммов. [15] Кроме того, из-за их размера их можно содержать и размещать в больших количествах, что снижает стоимость исследований и экспериментов. [15] Наиболее распространенным типом являются мыши с нокаутом , у которых удаляется активность одного (или в некоторых случаях нескольких) генов. Их использовали для изучения и моделирования ожирения, болезней сердца, диабета, артрита, злоупотребления психоактивными веществами, тревожности, старения, температурного и болевого восприятия и болезни Паркинсона. [16] [17] Трансгенные мыши, созданные для переноса клонированных онкогенов , и мыши с нокаутом, у которых отсутствуют гены, подавляющие опухоль , стали хорошими моделями для рака у человека . Были разработаны сотни таких онкомисов, 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 мышиных моделях.
Мышь была генетически модифицирована для увеличения роста мышц 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 она бегает быстрее, живет дольше, более сексуально активна и ест больше, не становясь толстым, чем среднестатистическая мышь (см. Метаболические супермыши ). [20] [21] У другой мыши был заблокирован или удален рецептор TRPM8 в исследовании с участием капсаицина и ментола . [17] После удаления рецептора TRPM8 мышь не могла обнаруживать небольшие изменения температуры и боль, связанную с ними. [17]
При принятии решения об использовании генетически модифицированных мышей в исследованиях следует проявлять большую осторожность. [22] Даже такие элементарные вопросы, как выбор правильной контрольной мыши «дикого типа» для сравнения, иногда упускаются из виду. [23]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )