Нокаутных мышь — генетически изменена мышь, у которой экспрессия одного или нескольких генов выключена с помощью нокаута генов. Нокаутные мыши являются важными моделями для исследования генов животных, которые были секвенирован, но функция которых неизвестна. Инактивируя специфический ген у мыши и исследуя изменения ее фенотипа (поведения, внешнего вида), исследователи часто могут сделать выводы о функции данного гена.

Мыши является ближайшим к человеку модельным организмом, к которому может применяться подобная методика исследования, даже для крыс ее применения гораздо сложнее. Поэтому мыши широко используются в исследованиях, касающихся физиологии человека.

Первая нокаутных мышь была создана Марио Капеччи, Мартином Эвансом и Оливером Смитизом в 1989 году, за что они были награждены Нобелевской премией по физиологии и медицине 2007 года. Много вариантов метода были разработаны позже, некоторые из них запатентованы частными компаниями.

Использование

Выключение гена помогает исследователям получать информацию о его функцию. Поскольку многие гены для мышей и человека являются общими, исследования их функции в мышах позволяет получать данные о том, за что этот (или подобный ген) соответствует в человеческом организме. В частности, это очень важно при идентификации генов, которые отвечают за заболевания человека. Примерами исследований, в которых могут использоваться нокаутные мыши, является изучение и моделирование различных типов рака, ожирения, болезней сердца, диабета, артритов, старение и болезни Паркинсона. С помощью нокаутных мышей можно исследовать лекарства и различные виды терапии. Ежегодно в разных экспериментах используют миллионы нокаутных мышей.

Линии

Существует несколько тысяч линий нокаутных мышей. Многие мышиных моделей назван по имени гена, который инактивируется. Например, p53 нокаутные мыши названы по гену р53, кодирующий белок, одной из важнейших функций которого является подавление роста опухолей за счет прекращения деления клеток. Люди, рожденные с мутациями гена p53, страдающих от синдрома Ли-Фраумени, при этом катастрофически возрастает вероятность развития рака костей, крови и груди в раннем возрасте.

Процедура

Есть некоторые вариации в процедурах получения нокаутных мышей, но ниже расписана общая упрощенная схема.

  1. Ген, который хотят нокаутировать, изолируют из мышиной генной библиотеки. Затем последовательность ДНК меняют таким образом, чтобы сделать ген нерабочим. Обычно в новой последовательности должен быть также маркерный ген, которого нет в нормальных мышей, и отвечающий за резистентность к какому антибиотику, токсического агента, или обеспечивает некую визуальную смену (цвета, флюоресценции).
  2. Эмбриональные клетки изолируют с мышиной бластоцисты и выращивают in vitro. В данном примере клетки бластоцисты берут с белой мыши.
  3. Новую последовательность с 1 шага переносят в клетки бластоцисты путем электропорации. С помощью естественной гомологичной рекомбинации в некоторых эмбриональных клетках состоится вставка новой последовательности с нокаутированным геном на место нормального гена. Шансы на удачную рекомбинации относительно низкие, поэтому большинство клеток иметь новую последовательность только в одной из двух хромосом — они будут гетерозиготными.
  4. Эмбриональные клетки, которые несут нокаутных ген, изолируют с помощью маркерного гена (см шаг 1). Например, клетки без вставки не выживут при действии какого токсического агента, к которому резистентные нокаутные по исследуемым геном клетки.
  5. Нокаутные стволовые клетки с шага 4 вживляют в мышиные бластоцисты (в этом случае с серой мыши). Теперь бластоцисты содержат два типа стволовых клеток: дикого типа (с серой мыши) и нокаутные клетки (с белой мыши). Эти бластоцисты затем имплантируют в матку приемной матери. Некоторые части в теле новорожденных мышей будут происходить из клеток дикого типа, а некоторые из нокаутных клеток, такие мыши называются причудливыми и имеют серо-белую окраску. Если скрестить причудливых мышей между собой, часть потомства будет белого цвета и они будут гомозиготными по нокаутных геном.

Детальное объяснение о создании нокаутных мышей размещено на веб-сайте, посвященном Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007.

Ограничения

Хотя нокаут генов в мышах чрезвычайно мощным средством для исследований, имеются значительные ограничения в его использовании. Около 15 процентов нокаута генов является летальными во время эмбрионального развития. Этой проблемы можно избежать, получая условно нокаутных мышей.

При нокауте генов мышей иногда трудно получить четко отличается от дикого типа фенотип. Иногда также возникают проблемы с сравнением инактивации гена в организме человека и мыши. Например, мутация гена p53, которая у половине видов рака человека и приводит к развитию опухолей в определенных тканях. У мышей, нокаутных по p53, рак развивается в совершенно другом наборе тканей, чем при вышеупомянутых мутациях у человека.

Изображения по теме

  • Нокаутных мышь
  • Нокаутных мышь