基因剔除小鼠研究的新进展

基因剔除小鼠是活体内研究基因及蛋白质功能的理想动物模型。传统的基因剔除技术存在表型分析复杂、周期长、操作繁杂等缺点,如何更科学、更方便地建立基因剔除小鼠模型成为目前使该技术更好地应用于医学研究的关键。本文从胚胎干细胞（ES细胞）的遗传背景、组织特异性基因表达基因剔除小鼠及基因剔除技术上的革新几方面介绍了目前基因剔除小鼠研究的一些最新进展。     

BPOZ基因剔除小鼠模型的建立

BPOZ是在卵巢癌等肿瘤组织中表达下调的细胞生长抑制基因,建立BPOZ基因剔除小鼠模型,可以为在体研究BPOZ基因的生物学功能及其与肿瘤发生的关系创造条件.运用生物信息学手段确定小鼠BPOZ基因组序列,设计基因剔除策略,构建完成了基因剔除载体XpPNT-BPOZ.以电穿孔方法将基因剔除载体导入ES细胞,用G418和Ganciclovoir进行正负筛选,获得抵抗克隆,PCR和DNA印迹鉴定出正确同源重组的ES细胞克隆.将同源重组的ES细胞注入小鼠囊胚,获得嵌合体小鼠.嵌合体小鼠与C57BL/6J小鼠交配后获得Aguoti毛色的小鼠30只,其中15只为BPOZ基因剔除杂合子小鼠,阳性率为50%.在雌雄杂合子交配的后代中获得纯合子小鼠.初步的表型观察发现BPOZ基因剔除小鼠发育正常,有繁殖能力,进一步的表型分析工作正在进行之中.     

几丁质酶结构域内含蛋白1(Chid1)基因剔除小鼠的建立

建立几丁质酶结构域内含蛋白1(chitinase domain containing 1,Chid1)基因剔除小鼠,观察小鼠表型和发育差异。设计了合适的基因剔除策略,成功构建了基因剔除打靶载体。以电穿孔方法将打靶载体导入ES细胞(embryonic stem cell),用G418和Ganciclovoir进行正负筛选,挑选抗药的阳性克隆,提取ES细胞基因组DNA,用长臂PCR鉴定出阳性ES细胞。将阳性ES细胞复苏培养后注入小鼠囊胚,获得嵌合体小鼠。嵌合体小鼠与C57BL/6J小鼠交配后获得Aguoti毛色的杂合子小鼠。在雌雄杂合子交配的后代中获得纯合子小鼠。从脑、脾脏、肝、肺的RNA水平鉴定来看,基因剔除小鼠的Chid1基因未表达,而杂合子、野生型小鼠有明显的该基因条带。经过初步的表型观察发现,Chid1基因剔除小鼠发育正常,未出现胚胎致死,交配繁殖能力无异常。几丁质酶结构域内含蛋白1(Chid1)基因剔除小鼠模型建立成功。Child1基因对于小鼠发育、生殖方面无明显作用。     

Smad3基因剔除小鼠的繁殖与基因型鉴定

目的为进一步深入研究Smad3基因在脊椎动物发育中的重要作用,对Smad3基因剔除小鼠进行保种和繁育研究.方法采用基因剔除杂合子小鼠进行保种,通过PCR和Southern杂交对杂合子小鼠交配所产生的后代进行基因型鉴定,纯合子小鼠和野生型小鼠用于表型分析,杂合子小鼠用于留种和繁殖生产.结果采用PCR方法对278只子代小鼠进行了基因型鉴定,83只为野生型,133只为杂合子,62只为纯合子.结论Smad3基因剔除突变能稳定遗传.采用杂合子小鼠保种,子代小鼠三种基因型比例符合孟德尔遗传定律.     

脂联素基因剔除小鼠糖代谢和骨代谢的初步研究

目的:研究前期建立的脂联素基因剔除小鼠模型在基础状态的葡萄糖代谢及骨代谢状态。方法:采用长期追踪野生型和该基因剔除纯合子小鼠的体重和空腹血糖水平,并进行葡萄糖耐量(GTT)和胰岛素耐量(ITT)试验以评价该小鼠的葡萄糖代谢能力。对骨代谢的初步研究采用检测小鼠骨密度(BMD)的方式。结果:发现该基因剔除小鼠在6w时,出现空腹血糖比对照组显著低下的现象,而随着鼠龄的增长,血糖水平又趋于正常。GTT和ITT试验证明该基因剔除小鼠无糖尿病或胰岛素抵抗表型。BMD检测亦显示该小鼠在基础状态下无骨密度低下的现象。结论:脂联素基因剔除小鼠在基础状态下并无显著的糖代谢和骨代谢异常。     

小鼠基因功能研究及疾病模型系列专题(二)——基因工程小鼠的品系管理及基因型鉴定

<正>实验室基因工程小鼠品系的保存大多是通过和野生型小鼠交配,然后不断鉴定、选择携带基因突变或转基因的后代来实现。因此,维持一个基因工程小鼠品系,必须要通过分子生物学手段不断的鉴定小鼠的基因型。以基因剔除小鼠为例,一般我们需要设计两组不同的PCR引物,分别用于扩增野生型小鼠和突变型小鼠的基因组DNA片段。用于扩增野生型基因组DNA的PCR两个引物至少有一个来自于被剔除的区域DNA序列,这样对于基因剔除小鼠纯合子个体基因组DNA,利用这对引物将无法得到扩增产物;用于扩增突变型小鼠基因组DNA,我们一般在被     

条件性敲除APC基因小鼠肠道腺瘤模型的构建

腺瘤性结肠息肉病(adenomatous polyposis coli,APC)基因是家族性腺瘤性息肉病(familial adenomatous polyposis,FAP)的致病基因,APC基因的突变导致小鼠多处产生肿瘤,但肠道条件性敲除APC基因后,小鼠的表型并不清楚。该研究利用Cre-LoxP重组酶系统,在肠道绒毛和隐窝上皮细胞条件性敲除APC基因,并对小鼠表型进行鉴定和分析。将Villin Cre小鼠和APC~(fl/fl)小鼠合笼得到Villin Cre;APC~(fl/+)小鼠;有意思的是后者进一步与APC~(fl/fl)小鼠合笼,却没有得到Villin Cre;APC~(fl/fl)小鼠。进一步解剖Villin Cre;APC~(fl/+)小鼠,发现其自发产生肠道肿瘤,并能携瘤生存,免疫组化显示瘤体组织激活了Wnt信号通路。结果表明成功地构建了小鼠肠道条件性敲除APC基因腺瘤模型,为进一步研究APC基因在肠道发育以及肠道肿瘤的作用提供了优良的工具。     

小鼠的遗传学研究

自20世纪初,小鼠的遗传学研究从宠物农场进入哈佛大学的实验室只有短短一百年的历史;但是,由于小鼠基因组与人类基因组高度同源、小鼠基因组改造手段非常成熟以及小鼠近交系、突变系和工具小鼠品系种类繁多,小鼠遗传学已成为发育生物学、功能基因组学和疾病机理研究的核心研究领域,小鼠也成为最重要的模式生物之一。近年来,随着小鼠基因组序列测序的完成,不同小鼠近交系品系特异的微卫星标记或单核苷酸多态性不断被发现,小鼠生理生化表型分析手段和数据也越来越完善,这些前期工作导致了目前大规模的基因剔除计划、基因突变计划及构建和分析重组近交系计划的实施。这些计划可能构成未来10￣20年中生命科学和医学研究领域的最重要的内容之一。     

黏蛋白1基因敲除小鼠模型的构建

黏蛋白1(MUC1)属黏蛋白家族成员,分布于上皮细胞膜表面,由于在免疫炎症反应以及肿瘤发生中的重要作用而日益受到重视.为了进一步深入研究MUC1的生物学功能,构建了Muc1基因敲除小鼠模型.首先,根据小鼠Muc1基因组序列设计基因剔除策略,将2个loxP位点分别插在外显子2和3两侧,构建基因剔除载体Muc1-ABRLFn-pBR322.以电穿孔方法将载体导入胚胎干细胞(ES细胞),用G418和更昔洛韦进行正负筛选获得4个同源重组的ES细胞克隆.挑选其中一个阳性ES克隆行囊胚显微注射,获得16只嵌合率大于50%的雄鼠;其次,利用嵌合雄鼠与C57BL/6J野生型雌鼠交配后获得11只floxP杂合子小鼠(10雄1雌),通过杂合子小鼠回交,并进一步与EⅡa-Cre小鼠交配,最终成功得到Muc1全身敲除小鼠,其中纯合子小鼠未出现胚胎致死现象.初步表型观察未发现Muc1基因敲除相关器官组织结构的异常改变.本研究为MUC1的生物学功能的挖掘,尤其是MUC1在肿瘤发生转移中的作用机制的揭示提供了实验平台.     

凝血因子IX基因剔除小鼠的培育历史与建系方法

目的　培育凝血因子IX基因剔除小鼠近交系。方法　采用全同胞兄妹对交配 ,每代选用第一胎小鼠留种 ,记录繁殖性能 ;第 8代开始筛选纯合子。结果　凝血因子IX基因剔除小鼠已近交培育到第 12代 ,交配年龄 70 - 90d ,平均每窝产仔数 5只以上 ,离乳数 3只以上。结论　纯合子FIX剔除基因小鼠在子代鼠中能稳定遗传     

Adiponectin 基因剔除LacZ基因敲入小鼠模型的建立

adiponectin是脂肪细胞特异分泌的一种活性蛋白质,具有增加胰岛素敏感性、抗炎及抗动脉硬化等活性.建立adiponectin基因剔除β-半乳糖苷酶基因(LacZ)敲入小鼠模型,可为整体动物水平研究adiponectin基因功能及其表达调控机制等提供理想工具.根据生物信息学方法获得adiponectin基因组序列,设计基因剔除及敲入策略,在adiponectin基因第2和第3号外显子剔除的同时,在其ATG和信号肽序列后顺接LacZ基因完整编码序列,构建完成了Adipo-LacZ-XpPNT基因剔除质粒.通过电穿孔将打靶质粒转入ES细胞,以G418和ganciclovir进行药物筛选,获得药物抗性的ES细胞克隆,PCR和DNA印迹鉴定出正确同源重组克隆.将同源重组的ES细胞克隆注入小鼠囊胚得到嵌合体小鼠,嵌合体小鼠与C57BL/6J小鼠交配产生杂合子小鼠,杂合子间交配获得adiponectin基因剔除LacZ基因敲入纯合子小鼠.经RT-PCR、RNA印迹和ELISA检测证实纯合子小鼠脂肪和血清中adiponectin基因表达呈阴性.RT-PCR、RNA印迹及蛋白质印迹检测发现,LacZ基因在突变小鼠脂肪组织中有特异性表达,其表达谱与内源性adiponectin基因的表达谱一致.但在脂肪组织及外周血中未能检测到LacZ活性,且血清中LacZ蛋白亦呈阴性.由此成功建立了adiponectin基因完全灭活及LacZ基因以内源性adiponectin基因表达谱表达的小鼠模型,为进一步研究该基因功能及其表达调控创造了有利条件.     

Smad3基因剔除致骨关节炎小鼠血清蛋白质组双向凝胶电泳分析

Smad3基因剔除导致小鼠骨关节炎。为了进一步深入研究Smad3基因缺失导致骨关节炎形成的分子机制,寻找骨关节炎发生早期的分子变化。用双向电泳技术结合肽质量指纹谱技术对Smad3基因剔除小鼠和野生型小鼠血清蛋白质组进行了初步分析。对其中7个表达差异蛋白质进行了鉴定,并探讨了所鉴定蛋白质与骨关节炎发生的关系。为揭示SMAD3介导的TGF-β信号在骨骼发育中的重要作用提供了线索。      

SHBG基因敲除小鼠模型的建立及其表型分析

目的:建立性激素结合球蛋白(SHBG)基因条件敲除小鼠模型,为探讨胎盘组织中SHBG在体内的生理功能及其与妊娠期糖尿病发病关系提供实验手段。方法:首先运用生物信息学手段确定小鼠SHBG基因组序列,构建SHBG打靶载体,以电穿孔方法将其导入小鼠ES细胞,筛选培养阳性ES细胞并行PCR鉴定,并将正确同源重组的ES细胞注射进小鼠囊胚,移入受体小鼠子宫;将获得的嵌合体小鼠与C57BL/6J小鼠交配,筛选后获得Flox小鼠,该小鼠与EIIa-Cre转基因小鼠杂交,子代多次自交获得SHBG全身基因敲除(SHBG~(-/-))的小鼠。结果:运用同源重组及ES细胞技术建立了SHBG基因的Flox小鼠,并利用Cre/Loxp重组酶系统建立了SHBG基因全身敲除小鼠模型,PCR方法从基因水平证明了SHBG基因Flox小鼠及SHBG基因全身敲除小鼠模型建立成功。对基因敲除鼠进行初步表型分析发现:SHBG基因全身敲除小鼠的生长发育与野生型小鼠相比无明显肉眼所见异常,SHBG基因全身敲除雌雄小鼠均具有生殖能力。结论:成功建立SHBG基因全身敲除小鼠模型,通过对基因敲除鼠进行初步表型分析,发现SHBG基因全身敲除小鼠外观上发育正常,为进一步研究SHBG在妊娠期糖尿病中的作用奠定了基础。     

转基因小鼠的研究

编码人生长激素的结构基因(hGH)与编码小鼠金属硫蛋白的基因启动子(MT一1)融合,用显微注射法将此融台基因导入小鼠受精卵的原核中,共注射了121个受精卵、将卵移入11只假孕母鼠的输卵管中,11只母鼠中的7只生了43只小鼠。在小鼠的饮水中加入锌(zn。+)可诱导基因表达。小鼠长到30天时开始称体重、每隔10天记录体重、并与同时出生的对照小鼠体重比较。第一代雄性小鼠体重较对照组重、统计学分析有明显差异。小鼠长到三个月,切尾制备DNA,DNA斑点杂交法和Southern杂交法检测基因整合情况,43只小鼠中有18只有融合基因整合。用Northern、杂交法检测转录的人生长激素mRNA。用这三种方法同样检测了第二代和第三代小鼠,发现融合基因能代代相传,而后代小鼠的表型只在个别小鼠中保留下来。绝大多数转基因小鼠后代的体重减轻。用带人生长激素基因或不带人生长激素基因的小鼠做双亲,进行不同组合的交配,所得到的后代也不相同。     

利用基因诱捕技术进行小鼠基因剔除的初步研究

对利用基因诱捕技术进行小鼠基因剔除做了初步的探索,为进一步应用该技术进行小鼠基因功能研究奠定了基础.利用基因诱捕载体转染小鼠ES细胞,获得了36株neo基因单拷贝整合的诱捕ES细胞,其中14株细胞表达有活性的β半乳糖苷酶.将3株诱捕ES细胞分别经显微注射引入到受体囊胚中,再植入假孕母鼠的子宫中使其发育成小鼠.两株细胞得到了程度不同的嵌合体小鼠,其中一株诱捕ES细胞整合至生殖系.利用质粒拯救实验获得了诱捕载体整合位点附近的基因组序列,通过序列比对发现被诱捕的基因可能是一个新基因.X-gal染色结果显示,该基因的表达局限于小鼠腹部及肢芽的部位.     

生产人抗体用小鼠开发合同延期

日本eisai公司与美国GenPlarm International公司(加利福尼亚州Mountain View)公司更新利用重组小鼠(HuMab小鼠)继续开发人抗体的合同。 HuMab小鼠是用一种剔除实验技术破坏小鼠抗体基因而导人人抗体基因的重组小鼠。一旦给这种小鼠注射抗原,就可激活小鼠的免疫系统,产生与抗原结合的特异性抗体。但是与普通小鼠不同,用HuMab小鼠诱导的抗体是人化抗体分子。利用HuMab小鼠有可能开发出用普通免疫法不能得到的与人抗原结合的     

Smad3基因剔除致骨关节炎小鼠血清蛋白质组双向凝胶电泳分析

Smad3基因剔除导致小鼠骨关节炎,为了进一步深入研究Smad3基因缺失导致骨关节炎形成的分子机制,寻找骨关节炎发生早期的分子变化,用双向电泳技术结合肽质量指纹谱技术对Smad3基因剔除小鼠和野生型小鼠血清蛋白质组进行了初步分析,对其中7个表达差异蛋白质进行了鉴定,并探讨了所鉴定蛋白质与骨关节炎发生的关系,为揭示SMAD3介导的TGF－β信号在骨骼发育中的重要作用提供了线索。     

ERα基因敲除小鼠的繁育及子代小鼠基因型的鉴定

目的探讨雌激素受体α(ERα)基因敲除小鼠的优化繁育方法及ERα基因敲除小鼠子代鼠的鉴定方法,建立ERα基因敲除小鼠模型,为进一步研究ERα蛋白的功能奠定基础。方法用4种不同的交配方式观察子代鼠的各表型比率及雌、雄性ERα基因突变纯合子小鼠的繁殖能力;从子鼠鼠尾中提取基因组DNA,用PCR方法扩增ERα基因片段,琼脂糖凝胶电泳后观察结果。HE染色观察雌、雄性ERα-/-小鼠生殖系统表型变化。结果 WT、ERα+/-、ERα-/-各表型小鼠互交繁殖结果基本符合孟德尔遗传规律,且雌、雄性ERα-/-小鼠无繁殖能力。与WT比较,雄性ERα-/-小鼠睾丸脏器系数降低,睾丸病理变化表现为生精小管管腔膨胀,生精细胞层变薄,且排列不规则;雌性ERα-/-小鼠子宫脏器系数降低,子宫和卵巢病变明显,表现为:子宫浆膜、肌层、内膜层细胞排列不规则,卵巢有囊性病变、充血,无黄体。结论雌、雄性ERα+/-小鼠交配是繁育ERα-/-小鼠的较好方法;实验所用PCR方法能够精确鉴定ERα-/-小鼠,ERα-/-小鼠的获得为ERα蛋白功能的实验研究提供了较理想的动物模型。     

GDDR 转基因小鼠的基因表达鉴定及功能初步分析

目的:对构建的胃癌相关下调基因GDDR(Gastric Dramatic Down-related)转基因小鼠进行鉴定及功能初步检测,为深一步研究GDDR的生物学功能提供可靠的动物模型。方法:对GDDR转基因和野生对照(未经过基因修饰)小鼠胃组织使用实时定量PCR检测其基因转录情况,western blot和免疫组化检测其组织蛋白表达水平及表达部位。通过胃组织进行糖原染色和胃粘膜表面主要糖蛋白MUC5AC行免疫组化染色对小鼠表型进行初步分析。结果:实时定量PCR、western blot和免疫组化结果均显示在GDDR转基因小鼠中胃粘膜GDDR的表达水平明显高于野生组。糖原染色结果显示GDDR转基因小鼠的粘液分泌及粘液厚度高于正常对照组,糖蛋白MUC5AC的表达也显著强于野生组。结论:经过鉴定GDDR转基因小鼠的外源性基因GDDR得到成功表达。通过对GDDR转基因小鼠表型的初步分析,提示GDDR可能参与胃粘膜粘液层的组成和增加粘液分泌从而发挥着保护胃粘膜的作用。     

小鼠Bcl2a1a蛋白的生物信息学预测分析

目的:分析小鼠Bcl2a1a全长基因的核苷酸序列及其编码蛋白的氨基酸序列,利用软件预测其蛋白的二、三级结构与特征。方法:运用生物信息学相关软件分析和预测人类BCL2A1和小鼠Bcl2a1a基因的同源区段,预测小鼠Bcl2a1a基因的启动子区域及蛋白跨膜区域与信号肽;利用软件模拟生成蛋白三级结构图像,并了解小鼠Bcl2a1a蛋白与其他蛋白的相互作用关系。结果:小鼠Bcl2a1a基因全长5497 bp,编码的蛋白含有172个氨基酸残基,相对分子质量为460 087.23,属于不稳定的疏水性蛋白。小鼠Bcl2a1a基因与人类BCL2A1基因的同源区域在≥200 bp的位置。2个软件预测的小鼠Bcl2a1a基因启动子最可能在3439～3543 bp和4600 bp,但由于没有预测到CpG岛存在,所以结果准确率较低。小鼠Bcl2a1a蛋白无跨膜结构域,无信号肽;在二级结构预测中,α螺旋为Bcl2a1a蛋白的主要折叠形式;该蛋白仅含有1个BCL结构域,且与Bbc3、Apaf1、Bcl2l2、Trp53、Bak1、Bid、Nfkb1、Jun、Rel、Rela等蛋白形成相互作用网络。结论:Bcl2a1a基因及蛋白的生物信息学分析为相关研究奠定了重要的信息基础。