A Нокаутирующая мышь или Нокаутирующая мышь - это генетически модифицированная мышь (Mus musculus), в котором исследователи инактивировали или «нокаутировали » существующий ген, заменив его или разрушив искусственным фрагментом ДНК. Они являются важными животными моделями для изучения роли генов, которые были секвенированы, но функции которых не были определены. Вызывая у мыши неактивность определенного гена и наблюдая любые отличия от нормального поведения или физиологии, исследователи могут сделать вывод о его вероятной функции.
Мыши в настоящее время являются видами лабораторных животных, наиболее близкими к людям, для которых можно легко применить метод нокаута. Они широко используются в экспериментах с нокаутом, особенно в тех, которые исследуют генетические вопросы, относящиеся к физиологии человека. Нокаут гена у крыс намного сложнее и стал возможен только с 2003 года.
Первая зарегистрированная мышь с нокаутом была создана Марио Р. Капеччи, Мартин Эванс и Оливер Смитис в 1989 году, за что им была присуждена Нобелевская премия 2007 года по физиологии и медицине. Некоторые аспекты технологии создания мышей-нокаутов и сами мыши были запатентованы во многих странах частными компаниями.
Выключение активности гена дает информацию о том, что этот ген обычно делает. У людей много общих генов с мышами. Следовательно, наблюдение за характеристиками мышей с нокаутом дает исследователям информацию, которая может быть использована для лучшего понимания того, как подобный ген может вызывать или способствовать заболеванию у людей.
Примеры исследований, в которых использовались нокаутные мыши, включают изучение и моделирование различных видов рака, ожирения, сердечных заболеваний, диабет, артрит, токсикомания, тревога, старение и болезнь Паркинсона. Нокаут-мыши также представляют собой биологический и научный контекст, в котором могут быть разработаны и испытаны лекарства и другие методы лечения.
Ежегодно в экспериментах используются миллионы мышей с нокаутом.
Там несколько тысяч различных линий нокаутных мышей. Многие модели мышей названы в честь гена, который был инактивирован. Например, мышь с нокаутом p53 названа в честь гена p53, который кодирует белок, который обычно подавляет рост опухолей путем остановки деления клеток и / или индуцирование апоптоза. Люди, рожденные с мутациями, деактивирующими ген p53, страдают синдромом Ли-Фраумени, состоянием, которое резко увеличивает риск развития рака костей, рака груди и рака крови в раннем возрасте. Другие модели мышей названы в соответствии с их физическими характеристиками или поведением.
Существует несколько вариантов процедуры получения нокаутных мышей; Ниже приводится типичный пример.
Подробное объяснение того, как создаются нокаутные (KO) мыши, находится на веб-сайте Нобелевская премия по физиологии и медицине 2007.
Национальные институты здравоохранения обсуждают некоторые важные ограничения этой техники.
Хотя технология нокаутирующих мышей представляет собой ценный исследовательский инструмент, существуют некоторые важные ограничения. Около 15 процентов нокаутов генов являются смертельными для развития, что означает, что генетически измененные эмбрионы не могут вырасти во взрослых мышей. Эту проблему часто преодолевают с помощью условных мутаций. Отсутствие взрослых мышей ограничивает исследования эмбриональным развитием и часто затрудняет определение функции гена в отношении здоровья человека. В некоторых случаях ген может выполнять иную функцию у взрослых, чем у развивающихся эмбрионов.
Нокаут гена также может не приводить к наблюдаемым изменениям у мышей или может даже давать характеристики, отличные от тех, которые наблюдаются у людей, у которых тот же ген инактивирован. Например, мутации в гене p53 связаны с более чем половиной случаев рака человека и часто приводят к опухолям в определенном наборе тканей. Однако, когда ген p53 отключен у мышей, у животных развиваются опухоли в другом массиве тканей.
Процедура в целом варьируется в зависимости от штамма, из которого были получены стволовые клетки. Обычно используются клетки, полученные из штамма 129. Этот специфический штамм не подходит для многих экспериментов (например, поведенческих), поэтому очень часто обратное скрещивание потомства с другими штаммами. Было доказано, что некоторые геномные локусы очень трудно выбить. Причиной может быть наличие повторяющихся последовательностей, обширное метилирование ДНК или гетерохроматин. Смешивающее присутствие соседних 129 генов в нокаутном сегменте генетического материала было названо «эффектом фланкирующего гена». Были предложены методы и руководящие принципы для решения этой проблемы.
Еще одним ограничением является то, что мыши с обычным (т.е. не-условным) нокаутом развиваются в отсутствие исследуемого гена. Иногда потеря активности во время развития может маскировать роль гена во взрослом состоянии, особенно если ген участвует во многих процессах, охватывающих развитие. Затем требуются подходы к условной / индуцибельной мутации, которые сначала позволяют мыши нормально развиваться и созревать до удаления интересующего гена.
Еще одним серьезным ограничением является отсутствие эволюционных адаптаций в модели нокаута, которые могут иметь место у животных дикого типа после их естественной мутации. Например, специфическая для эритроцитов коэкспрессия GLUT1 с стоматином представляет собой компенсаторный механизм у млекопитающих, которые не могут синтезировать витамин C.