基因工程鼠概述

1. 转基因小鼠

  • Tg表示转基因(transgene),细分如下:
    1. TgH:同源重组,
    2. TgR:经逆转录病毒载体感染的插入,
    3. TgN: 非同源插入。
      转入的基因放在圆括号中,不用斜体
      转入报告基因或者重组酶系统(例如,GFP,lacZ,cre)时,因表达的组织特异性不同,应该在转入基因前表示启动子,比如Tg(Zp3-cre)

1.1 一般转基因鼠

图片来自赛业公众号
TdTomato大鼠:(SD-Gt(ROSA26)tm1(CAG-LSL-Tdtomato)/Bcgen)
# SD大鼠-Rosa26位点-【启动子-LSL-目的基因】-来自百奥赛图。

ROSA-启动子-((loxp-membrane TdTomato - polyA- loxp)-(membrane eGFP-polyA))
ROSA-pCA-     loxp-mT-pA-loxp                      -  mG-pA
## mTmG小鼠,Cre重组前能够在膜上发出红色荧光,而被Cre重组后则在膜上发出绿色荧光

1.2 Cre工具鼠

一般采用原位敲入(KI)技术,将Cre基因组敲入特定启动子之后。
根据位置不同又分为两类:
①将Cre基因敲入启动子的第一个起始密码子之后;插入起始密码子之后的Cre蛋白表达量较高,但可能影响后续蛋白表达;
②将Cre基因敲入启动子后续蛋白的终止子之前;终止子之前插入的Cre蛋白表达量相对较低,但不会影响蛋白正常表达。

  • creER: 为cre重组酶与雌激素受体融合而成,可被tamoxifen激活。如曾经的内皮Cre:MGI:3848982:Tg(Cdh5-cre/ER<T2>)1Rha【或写作 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的改进版,T2上标。

通过三个点突变改造ER(estrogen receptor,人类雌激素受体),使之不能结合雌激素,只能结合其类似物(Tamoxifen的代谢产物4-OHT),然后进核发挥Cre重组酶活性,进而增强了对cre酶功能的调控。

Cre诱导方法。

2. 定点修饰小鼠

  • tm(targeted mutation):利用ES打靶技术构建的小鼠
  • em(endonuclease-mediated mutation):核酸内切酶系统(如CRISPR/Cas9)介导的基因修饰。
    修饰方式上标。
    被定点修饰的基因:用基因符号表示,需要斜体

tm:ES细胞同源重组技术

原理 利用Cre-Loxp系统对目的基因进行可诱导表达调控,当两个Loxp位点位于同一染色体上且方向一致时,Cre重组酶会特异性的将两个Loxp位点间的序列切除。构建Rosa26-(SA /pCAG)-loxp-Stop-loxp(LSL)-cDNA-pA打靶载体,转入ES细胞,获得在Rosa26目的位置发生正确同源重组的ES克隆,并将其注射到小鼠囊胚内细胞团,获得嵌合鼠,通过与野生型小鼠繁殖得到正确同源重组ES细胞来源的Knockin小鼠。Knockin小鼠可与各类表达Cre重组酶的小鼠杂交,获得组织特异性表达的小鼠模型。

em: Crispr/Cas9技术

原理 根据Rosa26基因序列设计合成sgRNA,构建含同源序列和目的序列的片段,与Cas9核酸酶mRNA共同注射到小鼠受精卵胞质,Cas9 mRNA、sgRNA与基因组靶序列结合并切割双链DNA,以含目的片段的同源序列为模版修复基因组DNA,最终获得在Rosa26基因intron中定点插入片段的小鼠。

Rosa26

  • ROSA26(Gt(ROSA)26Sor)是6号染色体上的一个安全区域,本身是一个反义长链非编码RNA基因,已被证明在大部分组织和细胞中都有表达。
  • 外源性的基因定点插入这个位点不会影响其他基因的表达。20 世纪 90 年代末 由Philipe Soriano 及其同事发现(pnas.94.8.3789)。

Gt: gene trap
β-gal: β-galactosidase,经典的报告基因。
β-geo:另一个报告质粒,融合了gal和neoGenes & Dev. 1991. 5: 1513-1523

2.1 基因中插入基因

  • 基因敲入小鼠需要标出转入基因,放圆括号中,上标。


    En1基因编码区被Otx2基因取代。图片发自赛业公号

IRES(Internal ribosome entry site,内部核糖体进入位点)序列
能招募核糖体对mRNA进行翻译。
将IRES与外源cDNA融合,发现IRES能独立地起始翻译。
IRES不仅存在于RNA病毒中,在很多DNA病毒中也频繁出现,且在哺乳动物、植物以及酵母中均发现了IRES序列存在,但不同的IRES在功能机理上有一定差异。

2.2 基因敲除

类比可知。

2.3 基因修饰:如flox系统

  • Flp/FRT系统,约等于Cre/loxP系统在真核细胞内的同源系统。
  • FRT(Flp recognition target)
  • 这两个系统比较明显的区别是它们发挥作用的最佳温度不同,Cre重组酶发挥作用的最佳温度为37℃,而Flp重组酶为30℃。因此,Cre/loxP系统最适宜在动物体内使用。

Appendix:Jax小鼠命名规则


JAX小鼠命名规则.jpg
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