这些研究将为认识疾病的发病机制提供极为重要的线索,为诊断和治疗带来革命性的变化.
第六节转基因、核转移与基因剔除技术
一、转基因技术
基因转移技术的发展使得人们不仅可以进行细胞水平的基因转移(transfection,见第
二十二章),而且可以使目的基因整合人受精卵细胞或胚胎干细胞,然后将细胞导人动物
子宫,使之发育成个体。这种个体能够把目的基因继续传给子代,该技术被称之为转
基因技术。被导人的目的基因称为转基因(transgene),目的基因的受体动物称为转基
因动物(transgenic animal)。现已建立了转基因小鼠、转基因羊、转基因大鼠等多种
动物模型。
二、核转移技术
核转移技术即所谓动物整体克隆技术。1996年,克隆羊多莉的诞生成为当年分子
生物学发展中的最重大事件。核转移技术是将动物体细胞胞核全部导入另一个体的去除
了胞核的受精卵内,使之发育成个体。这样的个体所携带的遗传性状仅来自一个父亲或
母亲个体,因而为无性繁殖。从遗传角度上讲,是一个个体的完全拷贝,故称之为克隆
(clone)。
三、基因剔除技术
对基因表达的整体人工干预不仅限于表达某种目的基因。也可以专一地去除某种目
的基因。这种有目的去除动物体内某种基因的技术称为基因剔除(gene knock out),或基
因靶向(gene targeting)灭活,其基本原理是建立在同源重组技术上。这种基因靶向灭活
技术可以在细胞水平进行,从而建立新的细胞系,也可以在整体水平进行以建立基因剔
涂动物。它的基本方式是将灭活的基因放入胚胎于细胞(ES细胞)中使这一灭活基因通
过同源重组取代原有的目的基因,筛选到基因已定点灭活的细胞后,将细胞通过显微注
时注入小鼠囊胚中。细胞在小鼠囊胚中参与胚胎的发育,最终形成嵌合体小鼠(只灭活
了等位基因中的一个)。由于嵌合小鼠的一部分生殖细胞是来源于四细胞的,所以通过
十鼠培育即可获得纯合于基因剔除小鼠。
四、基因转移和基因剔除在医学中的应用
基因转移技术和基因剔除技术在探讨每一种基因产物的正常功能方面具有重要的作
月,同时对于医学的发展也具有重大的推动作用。这两项技术在医学中的最重要的用途
目建立疾病的动物模型,这些动物模型可以用于探讨疾病的发生机制,更为重要的是可
X作为新的治疗方法和新的药物的筛选系统。以往的疾病动物模型主要是自然发生,或
完化学药物放射线诱导等方式获得,转基因技术和基因剔除技术为直接建立这些动物模
型提供了有效的手段。这些动物模型包括:
①单基因决定疾病:无论是显性遗传还是隐性遗传,很多疾病都是某些基因失活
loss-of-function mutations)的结果。因此最简单的制作疾病动物模型的方式是基因剔除。
对于单基因决定的疾病模型来说,目前已用此法建立的疾病模型包括中一地中海贫血,高
脂蛋白血症、动脉硬化症、阿默海茨病等。还有一些疾病是由单一基因的突变所造成,因
此,可以在动物导人该突变基因而建立疾病模型,称为获得性突变(gain-of-function mutation)。这一技术已在一些神经变性性疾病模型的建立上获得成功。②多基因决定的疾病模型:肿瘤、高血压、糖尿病等疾病是多基因遗传性疾病,且有环境因素的强烈
影响,目前也在吸引人们建立模型系统,如抑癌基因p53和Rb的剔除可诱发视网膜
母细胞瘤等。