在基因工程小鼠模型中,Cre工具鼠(携带Cre重组酶基因)繁育纯合子代(Cre/Cre)通常存在风险,且强烈建议避免。主要原因如下:
1. 胚胎致死或发育异常:
基因剂量效应: Cre重组酶在纯合子中的表达量通常是杂合子的两倍。过高的Cre表达水平可能:
毒性: Cre重组酶本身在高浓度下可能对细胞产生毒性,干扰正常的细胞过程,导致胚胎发育停滞或死亡。
非特异性切割: Cre酶识别特定的loxP位点,但在浓度过高时,可能会识别并切割与loxP序列相似的“伪位点”,造成非预期的基因组损伤和突变,破坏必需基因,引发致死或严重畸形。
过早/过强的重组: 即使没有毒性或脱靶效应,过早(在胚胎发育极早期)或过强(在非目标组织)的重组也可能删除对胚胎发育至关重要的基因,导致胚胎无法正常发育。
2. 健康问题与生存力下降:
即使纯合子小鼠能够出生,它们也常常表现出:
· 体质虚弱、生长迟缓、体型较小。
· 生育能力下降或不育: 过高的Cre表达可能损害生殖腺(卵巢或睾丸)的功能。
· 神经系统异常或行为异常: 如果Cre在神经系统中表达或渗漏表达,高剂量的Cre可能导致神经发育或功能问题。
· 总体健康状况不佳、寿命缩短、对压力或疾病更敏感。
这些问题使得纯合子小鼠不适合作为种鼠或进行长期实验。
3. 实验干扰:
· 非特异性表型: 纯合子小鼠表现出的健康问题或发育异常可能完全是由于Cre过表达本身引起,而不是由后续与floxed小鼠交配后产生的条件性基因敲除引起的。这会严重干扰实验结果的解读,混淆真正的基因功能表型。
· 无法获得合适的对照组: 在后续与floxed小鼠交配产生的实验组(通常是Cre/+; flox/flox或Cre/+; flox/+)中,很难找到基因型匹配且健康的纯合Cre对照组(Cre/Cre; +/+或Cre/Cre; flox/+),因为后者本身就可能不健康。而使用杂合Cre(Cre/+)作为对照又不完全匹配(Cre剂量不同)。
4. Cre表达的组织特异性可能改变:
· 常规做法: 强烈建议仅使用Cre杂合子(Cre/+)小鼠进行繁育和实验。 这是绝大多数Cre品系的标准操作。
· 避免纯合繁育: 不应将两只Cre小鼠(即使是杂合子)互交来试图获得纯合子,因为后代中会有1/4的概率是Cre纯合子,而这些纯合子很可能无法存活或存在严重问题。
· 维持品系: Cre工具鼠品系通常通过与野生型小鼠(+/+)交配来维持和扩繁,后代中约50%是杂合子(Cre/+),50%是野生型(+/+)。杂合子用于后续与floxed小鼠交配产生实验动物。
· 查阅品系信息: 在获取或使用一个特定的Cre品系时,务必查阅原始文献或供应商(如JAX, MMRRC)提供的详细品系说明。 供应商通常会明确标注该品系在纯合状态下是否可存活、是否有已知的健康问题或胚胎致死性。
· 验证与监控: 即使某个Cre品系声称纯合子可育或健康,在首次使用时也应进行小规模繁育测试,并密切监控纯合子后代的生存率、健康状况、生育能力等。
例外情况(罕见且需谨慎):
极少数经过特殊设计或筛选的Cre品系(例如某些CreERT2品系或表达水平极低的品系)可能在纯合状态下是可存活的,但这绝对不是普遍情况。即使如此,也需要严格的文献支持和实验验证,并且仍然需要高度关注Cre高表达可能带来的潜在影响。
结论:
为了确保实验动物的健康、实验结果的可靠性以及遵守动物福利原则,应避免繁育Cre小鼠的纯合子代(Cre/Cre)。标准的操作是使用并维持Cre杂合子(Cre/+)状态。 在实验设计时,务必参考特定Cre品系的官方说明或文献,了解其在纯合状态下的特性。