肝脏特异性过表达小鼠的建立-AAV8-TBG-Cre

今天详细解释 R26LSL-MYC 这个基因工程小鼠模型的原理。这是一个非常经典和强大的工具,用于在特定时间和特定细胞类型中条件性地过表达某个基因(在这里是MYC)。

我们把它拆解成三个部分来理解:R26LSLMYC


1. R26 (Rosa26) - 安全的“基因着陆平台”

  • 是什么?Rosa26(全称是 a reverse orientation splice acceptor locus 26)是一个在小鼠基因组中被发现的特定基因座(locus),位于第6号染色体上。它本身是一个非编码基因,也就是说,它不编码任何蛋白质。

  • 为什么用它?Rosa26位点具有几个近乎完美的特性,使其成为一个理想的“基因着陆平台”或“安全港”(safe harbor):

    1. 广谱表达 (Ubiquitous Expression):这个位点在小鼠几乎所有的细胞类型中都能被持续、中等强度地转录。这意味着,一旦你把一个基因插入到这里,它就有潜力在全身所有细胞中表达。
    2. 不影响内源基因 (No Endogenous Gene Disruption):由于Rosa26本身不编码关键蛋白质,将外源基因插入到这个位点不会破坏任何重要的内源基因功能,从而避免了因插入突变而导致的意外表型或致死性。
    3. 稳定遗传 (Stable Inheritance):通过基因打靶技术(Gene Targeting)整合到Rosa26位点的基因可以稳定地遗传给后代,符合孟德尔遗传定律。

简而言之,R26位点就像一个预先建好的、通水通电的“插座”,你可以安全地把自己想要的“电器”(外源基因)插进去,而不用担心会搞乱房子的原有电路。


2. LSL (LoxP-Stop-LoxP) - 可控的“基因开关”

  • 是什么?LSL 是一个包含两个关键元件的DNA序列盒(cassette):

    1. Stop序列:这是一段特殊的DNA序列,包含了多个多聚腺苷酸化信号(polyadenylation signals)。当基因转录时,RNA聚合酶遇到这个信号就会提前终止转录。这就好比在铁轨中间设置了一个巨大的路障,火车(RNA聚合酶)到这里就必须停下来,无法继续前行。
    2. LoxP位点:这是一个由34个碱基对组成的特定DNA序列。它本身对细胞没有影响,但它是Cre重组酶的唯一识别和切割位点。LSL序列盒的两端各有一个LoxP位点,像两个括号一样把Stop序列包裹起来。
  • 工作原理:

    • “关”状态(无Cre酶):在没有Cre重组酶的细胞中,LSL序列盒完整存在。当Rosa26启动子驱动转录时,转录过程在遇到Stop序列后就会提前终止。因此,位于Stop序列下游的MYC基因虽然存在于基因组中,但无法被成功转录成完整的mRNA,也就无法翻译成蛋白质。此时,基因处于“关闭”状态。
    • “开”状态(有Cre酶):当细胞中表达了Cre重组酶时,Cre酶会识别LSL序列两端的两个LoxP位点,并在这两个位点之间进行DNA重组,将中间的Stop序列整个切除掉。
    • Stop序列被切除后,之前被阻断的转录通路就被打通了。现在,Rosa26启动子可以顺利地驱动整个基因序列的转录,产生完整的MYC mRNA,并最终翻译出MYC蛋白。此时,基因处于“开启”状态,开始过表达。

简而言之,LSL就是一个由Cre酶控制的“开关”。没有Cre这把“钥匙”,开关就是关着的;有了Cre这把“钥匙”,它就能打开开关,让基因表达。


3. MYC - 想要表达的“目标基因”

  • 是什么?MYC是众所周知的原癌基因 (Proto-oncogene)。它编码的MYC蛋白是一个关键的转录因子,能够调控细胞周期、增殖、代谢和凋亡等多种核心生命过程。MYC的异常高表达是许多人类癌症的共同特征。
  • 在本模型中的作用:将MYC基因放在LSL开关的下游,并整合到R26位点,就实现了对MYC表达的精确控制。

模型工作原理总结 (R26LSL-MYC)

  1. 构建小鼠: 科学家通过基因打靶技术,将一个LSL-MYCDNA盒插入到小鼠的Rosa26基因座中,培育出R26LSL-MYC小鼠。

  2. 初始状态: 在正常情况下,这些小鼠全身所有细胞都携带LSL-MYC序列,但由于Stop序列的存在,MYC基因处于沉默状态。小鼠表型正常,不会因为MYC过表达而自发产生肿瘤。

  3. 条件性激活:

    • 研究者将R26LSL-MYC小鼠与另一个表达Cre重组酶的小鼠进行杂交。如果Cre酶由一个组织特异性启动子驱动(例如,肝脏特异性的Albumin启动子),那么MYC的过表达就只会发生在肝细胞中。
    • 或者,像这篇论文中一样,研究者直接向成年小鼠的特定器官(如肝脏)注射携带Cre基因的病毒(AAV8.TBG.Cre)。病毒感染了肝细胞,在肝细胞内表达Cre酶。
  4. 最终结果: 只有那些同时获得了LSL-MYC基因和表达了Cre酶的细胞,其Stop序列才会被切除,从而开始特异性地、持续地过表达MYC蛋白

这个模型实现了对基因表达在时间上(何时注射病毒/激活Cre)和空间上(在哪个细胞/组织中表达Cre)的双重控制,是现代生物医学研究中不可或缺的强大工具。

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