Трансгенные и мутантные мыши
Структура и функция генов у мыши и человека сходны, поэтому исследования на мышах важны для понимания патологии человека ( рис. 65.16 ).
Если в мужской пронуклеус оплодотворенной яйцеклетки мыши ввести клонированную ДНК, то она с некоторой вероятностью встроится в хромосомную ДНК, так что полученное из яйцеклетки животное будет иметь чужеродный ген и передаст его потомству. Каждый сайт встраивания чужеродной ДНК наследуется как одиночный менделевский признак, что позволяет получить как гетерозиготных, так и гомозиготных животных. Так моделируют заболевания человека на мышах при доминантно-негативных мутациях или мутациях, изменяющих функцию, например несовершенный остеогенез и спиноцеребеллярную дегенерацию типа 1 .
Трансгенные животные особенно важны для изучения цис-элементов, которые контролируют тканевую специфичность и онтогенетические особенности экспрессии генов. Предполагаемые цис-элементы соединяют с геном-репортером, который кодирует легко выявляемый продукт. С помощью этого подхода показано, что высокую тканевую специфичность экспрессии гена инсулина и гена эластазы обеспечивают короткие последовательности ДНК, а экспрессию генов глобина контролируют более сложные и более удаленные от этих генов регуляторные последовательности.
Трансгенных животных с введенными вирусными или клеточными онкогенами используют для изучения канцерогенеза . Например, тканеспецифичный цис-элемент, сцепленный с геном большого Т-антигена вируса SV40, вызывает канцерогенез в некоторых типах клеток. Аналогично цис-элемент можно соединить с геном токсина и добиться избирательного поражения клеток. Так, введение мышам гена дифтерийного токсина, соединенного с цис-элементами гена инсулина, позволяет получить мышей, у которых отсутствуют бета-клетки поджелудочной железы.
Крупных трансгенных животных используют для производства препаратов, которые выделяют из молока или крови.
Мутации у мышей можно индуцировать, например с помощью нитрозоэтилмочевины. Поскольку встраивание чужеродной ДНК - в значительной мере случайное событие, такие вставки иногда нарушают целость нормальных генов мыши.
Заражение клеток эмбриона мыши ретровирусами также приводит к случайным вставкам вирусного генома. Мутация вызывает изменение фенотипа гетерозиготных или гомозиготных мышей, причем некоторые нарушения, доброкачественные у гетерозигот, детальны для гомозиготных эмбрионов.
Встраивание ретровируса в месте повреждения гена позволяет выявить новые мутации и клонировать соответствующие гены.
Дополнительные возможности открывает метод гомологичной рекомбинации в эмбриональных стволовых клетках мыши. Эти полипотентные клетки можно выделить, модифицировать в культуре и ввести обратно в эмбрионы мыши. Метод позволяет вызвать мутацию нужного гена или инактивировать его. Модифицированные таким образом эмбриональные стволовые клетки вводят в бластоцисты, из которых развиваются химерные животные, то есть животные, у которых некоторые клетки являются мутантными. Мутантные клетки часто присутствуют в сперме химерных животных, что позволяет получить линию мутантных мышей и исследовать нужный ген у гетерозигот и гомозигот. С помощью этого метода у мышей созданы модели ретинобластомы , синдрома Ли-Фраумени (мутация гена-супрессора опухолевого роста ТР53 ), муковисцидоза , синдрома Леша-Найхана , болезни Гоше , недостаточности апопротеина Е и других заболеваний.
Иногда мутация проявляется по-разному у мышей и у человека, что дает возможность исследовать особенности биологии организмов. Если же мутация проявляется сходным образом, то мутантные мыши представляют удобную модель для изучения патогенеза болезни и методов ее лечения.
Мутантных мышей используют для установления роли наследственных факторов в развитии полигенных болезней, например атеросклероза, и для исследования функции нервной системы.
Возможность получения мышей, мутантных по любому клонированному гену, позволяет исследовать функцию генов.
