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有些突变会歪曲小鼠实验结果

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一个典型的癌细胞,其整个基因组中散布着成千上万的突变,携带着成百上千的突变基因。然而,却只有极少的驱动基因会导致诸如失控性生长等癌变性状。2009年,斯特拉顿教授在《自然》杂志上发表文章,提出了“司机突变-乘客突变”学说。他将癌变的细胞比作高速公路上飞驰的汽车。能够直接导致癌变的体细胞突变称之为“司机突变”(Driver Mutation);而与癌症发生相关,但不是起主导作用的突变,则被称为“乘客突变”(Passenger Mutation)。
  

乘客突变(Passenger mutations)——伴随着有意的遗传修饰而出现的不必要改变,可能会扭曲利用某些类型转基因小鼠的实验结果。根据七月七日《Immunity》发表的一项分析表明,在这些动物模型中普遍存在的乘客突变,可能对实验结果有着显著影响。
  

本研究共同作者、比利时根特大学炎症研究中心Peter Vandenabeele实验室博士后Tom Vanden Berghe指出:“这是一个大问题。它影响到我们所有的人。我们研发了一个网络工具,利用这种工具,人们可以提交他们的基因敲除数据,以及转基因小鼠回交的次数。然后,他们会得到所有可能乘客突变的一个列表。”
  

Genentech资深科学家Soren Warming没有参与这项研究,但是他表示,这种新的工具,可使科学界能够更深入地研究他们所使用的转基因小鼠。
  

乘客突变会对使用转基因动物模型(称为同类系小鼠)的实验产生影响。基因敲除和其他转基因小鼠传统上是通过对培养皿中生长的胚胎干细胞(ESC)进行基因修饰,然后将它们插入到受体小鼠胚胎中。直到最近,这些细胞几乎总是来自129品系小鼠,这种小鼠可产生非常强大和易于操作的胚胎干细胞。  


由于129品系小鼠很难繁殖,研究人员通常将它们的ESCs移植到Black 6小鼠的胚胎中,然后让动物与Black 6配偶反复回交,同时选择129品系小鼠衍生的转基因,通过重组慢慢消除转基因周围的129品系小鼠DNA。理想的结果是,一个几乎完全具有129品系小鼠转基因的Black 6小鼠。但是,转基因周围的129品系小鼠DNA片段,可能会逗留在附近。
  

Jake Lusis在加州大学洛杉矶分校研究小鼠遗传学和心血管、代谢疾病,他并没有参与这项研究,但是他说:“人们没有认识到,重组发生的很少,最终,来自一个小鼠品系的这一大片DNA会出现在其他品系的遗传背景中。”
  

当研究人员将他们的基因修饰小鼠与Black 6小鼠比较时,他们观察到,在129品系小鼠DNA中,有乘客突变引起的表型差异。
  

例如,人们认为,Casp1基因是触发炎症反应和细胞死亡途径响应外来生物的主要参与因子,与致命休克有关的一个步骤。这是因为,根据1995年的一项研究和以后的研究表明,当面临分子信号外来入侵者时,Casp1基因敲除小鼠没有发展成成脓毒性休克。然而,在2011年,Genentech的研究人员发现,许多Casp1基因敲除小鼠,也含有来自129小鼠的突变Casp11基因。研究人员发现,Casp11的乘客突变,部分地引起了动物对休克的抵抗。
  

这一结果引发Vanden Berghe和他的同事们,用Casp3基因敲除小鼠来开展他们自己的工作。他们发现,他们对“Casp3在感染性休克中的作用”的解释也被Casp11乘客突变所混淆。Vanden Berghe说:“它影响了我们两年的工作。”
  

现在,我们有办法制备风险较小的转基因小鼠。研究人员可以利用Black 6小鼠的胚胎干细胞对Black 6小鼠进行遗传修饰,或者他们可以使用CRISPR / CAS制备任何遗传背景的基因敲除小鼠。但是大量的生物学研究是基于传统制备的转基因小鼠,许多实验室仍在继续使用它们。
  

Vanden Berghe和他的同事打算确定乘客突变问题的程度。在2011年,惠康基金桑格研究所公布了Black 6小鼠和三株129小鼠的序列信息。根特大学的研究人员仔细查看了这些序列信息,以确定Black 6小鼠和129小鼠之间的差异。
  

他们发现,129品系小鼠中的1084个基因有插入、缺失或单核苷酸突变,会导致来自Black6小鼠的序列发生差异。研究人员进一步研究了8000个现有的转基因小鼠品系,在Black 6小鼠遗传背景中的129小鼠品系衍生突变,列入了小鼠基因组信息学数据库,并估计了可能包含多个乘客突变的几乎所有序列。  


当研究人员详细研究具有Casp11失活突变的小鼠时,他们发现,86只129小鼠衍生品系在可能影响靶基因的位置有乘客突变,表明所有这些小鼠因某种原因,可以抵抗休克。当研究人员检查具有基质金属蛋白酶或pannexin 1敲除的小鼠时,他们发现Casp11突变可能导致这些动物对休克的抵抗。在一些实验室里,动物携带乘客突变,并似乎出现了休克抗性,而在其他动物身上,这些小鼠的休克抗性更低,并且没有这些偶发突变。
  

这种在线工具——Me-PaMuFind-It,可让研究人员输入他们的转基因小鼠,并寻找一系列可能影响动物的乘客突变。Warming说:“Casp11乘客突变是一个显著的例子,可能有许多其他重要乘客突变的例子,并且我们需要一段时间才会发现。”
  

Vanden Berghe表示,这些研究结果为我们提供了希望,有了更好的小鼠模型,动物研究将变得与人类健康更为相关。从历史上看,利用小鼠的研究人员,有时会努力把他们的结果转化到人身上。在某种程度上,这可能是因为,由于乘客突变,人们在小鼠身上得到了假阳性结果。

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