基因工程鼠概述

1. 轉基因小鼠

  • Tg表示轉基因(transgene),細分如下:
    1. TgH:同源重組,
    2. TgR:經逆轉錄病毒載體感染的插入,
    3. TgN: 非同源插入。
      轉入的基因放在圓括號中,不用斜體
      轉入報告基因或者重組酶系統(例如,GFP,lacZ,cre)時,因表達的組織特異性不同,應該在轉入基因前表示啟動子,比如Tg(Zp3-cre)

1.1 一般轉基因鼠

圖片來自賽業公眾號
TdTomato大鼠:(SD-Gt(ROSA26)tm1(CAG-LSL-Tdtomato)/Bcgen)
# SD大鼠-Rosa26位點-【啟動子-LSL-目的基因】-來自百奧賽圖。

ROSA-啟動子-((loxp-membrane TdTomato - polyA- loxp)-(membrane eGFP-polyA))
ROSA-pCA-     loxp-mT-pA-loxp                      -  mG-pA
## mTmG小鼠,Cre重組前能夠在膜上發出紅色熒光,而被Cre重組后則在膜上發出綠色熒光

1.2 Cre工具鼠

一般采用原位敲入(KI)技術,將Cre基因組敲入特定啟動子之后。
根據位置不同又分為兩類:
①將Cre基因敲入啟動子的第一個起始密碼子之后;插入起始密碼子之后的Cre蛋白表達量較高,但可能影響后續蛋白表達;
②將Cre基因敲入啟動子后續蛋白的終止子之前;終止子之前插入的Cre蛋白表達量相對較低,但不會影響蛋白正常表達。

  • creER: 為cre重組酶與雌激素受體融合而成,可被tamoxifen激活。如曾經的內皮Cre:MGI:3848982:Tg(Cdh5-cre/ER<T2>)1Rha【或寫作 Cdh5(PAC)-CreERT2】
  1. Cdh5: Cadherin 5, type 2 or VE-cadherin (vascular endothelial cadherin) also known as CD144 (Cluster of Differentiation 144), is a type of cadherin. It is encoded by the human gene CDH5.
  2. The tamoxifen-inducible cre/ERT2 sequence was inserted into a PAC (Phage1 artificial chromosome) containing the VE-cadherin gene to generate the transgene construct.
  3. Rha: provided by Ralf H Adams.
  • CreER<T2>:CreER的改進版,T2上標。

通過三個點突變改造ER(estrogen receptor,人類雌激素受體),使之不能結合雌激素,只能結合其類似物(Tamoxifen的代謝產物4-OHT),然后進核發揮Cre重組酶活性,進而增強了對cre酶功能的調控。

Cre誘導方法。

2. 定點修飾小鼠

  • tm(targeted mutation):利用ES打靶技術構建的小鼠
  • em(endonuclease-mediated mutation):核酸內切酶系統(如CRISPR/Cas9)介導的基因修飾。
    修飾方式上標。
    被定點修飾的基因:用基因符號表示,需要斜體

tm:ES細胞同源重組技術

原理 利用Cre-Loxp系統對目的基因進行可誘導表達調控,當兩個Loxp位點位于同一染色體上且方向一致時,Cre重組酶會特異性的將兩個Loxp位點間的序列切除。構建Rosa26-(SA /pCAG)-loxp-Stop-loxp(LSL)-cDNA-pA打靶載體,轉入ES細胞,獲得在Rosa26目的位置發生正確同源重組的ES克隆,并將其注射到小鼠囊胚內細胞團,獲得嵌合鼠,通過與野生型小鼠繁殖得到正確同源重組ES細胞來源的Knockin小鼠。Knockin小鼠可與各類表達Cre重組酶的小鼠雜交,獲得組織特異性表達的小鼠模型。

em: Crispr/Cas9技術

原理 根據Rosa26基因序列設計合成sgRNA,構建含同源序列和目的序列的片段,與Cas9核酸酶mRNA共同注射到小鼠受精卵胞質,Cas9 mRNA、sgRNA與基因組靶序列結合并切割雙鏈DNA,以含目的片段的同源序列為模版修復基因組DNA,最終獲得在Rosa26基因intron中定點插入片段的小鼠。

Rosa26

  • ROSA26(Gt(ROSA)26Sor)是6號染色體上的一個安全區域,本身是一個反義長鏈非編碼RNA基因,已被證明在大部分組織和細胞中都有表達。
  • 外源性的基因定點插入這個位點不會影響其他基因的表達。20 世紀 90 年代末 由Philipe Soriano 及其同事發現(pnas.94.8.3789)。

Gt: gene trap
β-gal: β-galactosidase,經典的報告基因。
β-geo:另一個報告質粒,融合了gal和neoGenes & Dev. 1991. 5: 1513-1523

2.1 基因中插入基因

  • 基因敲入小鼠需要標出轉入基因,放圓括號中,上標。


    En1基因編碼區被Otx2基因取代。圖片發自賽業公號

IRES(Internal ribosome entry site,內部核糖體進入位點)序列
能招募核糖體對mRNA進行翻譯。
將IRES與外源cDNA融合,發現IRES能獨立地起始翻譯。
IRES不僅存在于RNA病毒中,在很多DNA病毒中也頻繁出現,且在哺乳動物、植物以及酵母中均發現了IRES序列存在,但不同的IRES在功能機理上有一定差異。

2.2 基因敲除

類比可知。

2.3 基因修飾:如flox系統

  • Flp/FRT系統,約等于Cre/loxP系統在真核細胞內的同源系統。
  • FRT(Flp recognition target)
  • 這兩個系統比較明顯的區別是它們發揮作用的最佳溫度不同,Cre重組酶發揮作用的最佳溫度為37℃,而Flp重組酶為30℃。因此,Cre/loxP系統最適宜在動物體內使用。

Appendix:Jax小鼠命名規則


JAX小鼠命名規則.jpg
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