Geneetiliselt muundatud hiir

Allikas: Vikipeedia
Transgeenne hiir, kellel on karvakasvu mõjutav geen välja lülitatud (vasakul). Tema kõrval on tavaline hiir.

Geneetiliselt muundatud hiir ehk transgeenne hiir on koduhiir, kelle genoomi on muudetud, kasutades geenitehnoloogiat. Geneetiliselt muundatud hiired on laialdaselt kasutuses teadustöö jaoks ning tihti ka loommudelina inimhaiguste jaoks.

Lühiülevaade[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hiire tugevaim eelis võrreldes teiste mudelorganismidega, nagu varbussid (Caenorhabditis elegans) ja äädikakärbsed (Drosophila melanogaster), on see, et selline imetaja mudel on suuresti võrreldav inimese organsüsteemi, kudede, füsioloogilise süsteemi ja isegi käitumuslike tunnustega. Peale selle kannab hiir peaaegu kõiki geene, mis on olemas ka inimesel. Ta annab võimaluse mõista genotüüp-fenotüüp suhet, mis on oluline, et eristada inimestel esinevate geenide bioloogilisi rolle. Võrreldes teiste imetajatega, nagu rott, jänes ja siga, on hiire eeliseks sadade geneetiliselt homogeensete tüvede saadavus ning paremad võimalused modifitseerida sugurakkude liini geene. Need eelised tulenevad sellest, et hiiri on kerge aretada ja neid on võimalik kasvatada suurtes hulkades, mis teeb nende ülalpidamise taskukohaseks.[1]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

1974. aastal lõi Rudolf Jaenisch esimese geneetiliselt muundatud looma, sisestades DNA viiruse varajases arengujärgus hiire embrüosse, näitamaks, et sisestatud geenid olid kõikides rakkudes olemas.[2] Sellegipoolest ei andnud hiired transgeeni edasi oma järglastele ning selle eksperimendi mõju ja rakendatavus olid järelikult piiratud. 1981. aastal süstiti puhastatud DNA hiire embrüosse, kasutades ära 1960ndatel ja 1970ndatel Brinsteri arendatud tehnikaid, näitamaks geneetilise materjali edastamist edasistele generatsioonidele. Seda tehnikat rakendasid Frank Ruddle Yale’ist, Frank Constantini ja Elizabeth Lazy Oxfordist, Ralph Brinster ja Richard Palmiter koostöös Pennsylvania Ülikooli ja Washingtoni Ülikooliga.[3][4][5] Palmiter ja Brinster arendasid ja juhtisid 1980ndate alguses transgeneesi valdkonda, mis täiustas algelise modifikatsiooni meetodeid ja kasutas tehnikaid selgitamaks geenide aktiivsust ja funktsiooni viisil, mis polnud võimalik enne nende unikaalset lähenemist.[6]

Meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geneetiliselt muundatud hiirte saamiseks on olemas kaks peamist tehnilist lähenemist. Esimeseks viisiks on DNA süstimine pronukleusse. See meetod põhineb lineaarse DNA sisseviimisel viljastatud munarakkude kromosoomidesse. Võõr-DNA peab integreeruma genoomi enne geneetilise materjali kahekordistumist, mis eelneb esimesele lõigustumisele. See on vajalik selleks, et sündinud loomal oleks igas rakus koopiat uuest geneetilisest informatsioonist. Emas- ja isasloomade pronukleused on individuaalselt vaadeldavad tavalise valgusmikroskoobi all mitu tundi peale seemneraku sisenemist munarakku. Nad ei ole sel hetkel veel kokku sulandunud sügoodiks. Võõr-DNA võib olla sisestatud mõlemasse pronukleusse, kuigi tavaliselt süstitakse nukleiinhape isaslooma pronukleusse, kuna see on natuke suurem ja ootsüüdi pinnale lähemal. Neid embrüoid kantakse järjestikuselt üle retsepientlooma emakasse.[7] See meetod loob transgeense hiire ja seda kasutatakse uue geneetilise informatsiooni sisestamiseks hiire genoomi või endogeensete geenide üleekspresseerimiseks.

Teiseks viisiks, mille rajasid Oliver Smithies ja Mario Capecchi, on embrüonaalsete tüvirakkude modifitseerimine DNA konstruktiga, mis sisaldab märklaudgeeniga homoloogset DNA järjestust.[8] Embrüonaalsed tüvirakud on pärit blastotsüstide (varajane embrüo) sisemiste rakkude massist. Need rakud on pluripotentsed, mis tähendab, et nad saavad areneda peaaegu igasugusteks koetüüpideks. Embrüonaalseid tüvirakke kasutatakse täpsemaks hiire genoomi modifitseerimiseks. See tehnika võimaldab sisestada, eemaldada või muuta DNA järjestust. Selle meetodiga saab toota knock-out, knock-in ning muid mutantseid hiiri. Esmalt on vaja eemaldada embrüonaalsed tüvirakud blastotsüstist ning sisestada tüvirakkudesse DNA. Seejärel, kui nukleiinhape on sisestatud, kloonitakse ja valitakse välja sellised embrüonaalsed tüvirakkude kloonid, milles on toimunud sait-spetsiifiline rekombinatsioon. Peale geneetiliselt muundatud embrüonaalsete tüvirakkude süstimist blastotsüsti faasis olevasse embrüosse toimub rakkude jagunemine ning nad saavad osaks embrüost. Saadud kimäärsed hiired kannavad rekombinantset genotüüpi edasi oma järglastele, kui see muutus on toimunud sugurakkudes.[7] Seda meetodit saab kasutada ühe geeni manipuleerimiseks, mis enamikul juhtudel tõrjuvad välja märklaudgeeni, kuigi toimuda võivad ka kergemad geneetilised manipulatsioonid (näiteks muutub ainult üks nukleotiid).

Kasutusalad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geneetiliselt muundatud hiiri kasutatakse laialdaselt uuringutes inimhaiguste mudelitena.[9] Kõige tavalisem transgeense hiire tüüp on knock-out hiir, kellel on välja lülitatud üks või siis mõnedel juhtudel mitu geeni. Neid on kasutatud selleks, et uurida ja modelleerida ülekaalulisust, südamehaiguseid, diabeeti, artriiti, mõnuainete liigtarvitamist, ärevust, vananemist, Parkinsoni tõve ja Alzheimeri tõve.[10]

Transgeenne hiir ja vähk[muuda | redigeeri lähteteksti]

Transgeensed hiired, keda on loodud kandma kloonitud onkogeene ning knock-out hiired, kellel puuduvad kasvajaid allasuruvad geenid, on olnud headeks mudeliteks inimestel esinevatel vähktõvedel. Onkohiired on loomad, keda on geneetiliselt muundatud spetsiifilise onkogeeni sisseviimisel hiire organismi. Aktiveeritud onkogeen suurendab hiire tundlikkust vähile. Selliseid onkohiiri, kes katavad suure hulga vähitüüpe, mis mõjutavad enamikku organeid, on arendatud sadu. Neid onkogeene on edasi täiustatud, muutes need sarnasemaks inimestel esinevate vähitüüpidega.[6] Haiguse sümptomeid ja võimalikke ravimeid või ravimooduseid saab testida nende hiiremudelite peal.

Transgeenne hiir ja kasvuhormoon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Inimese, veise või roti kasvuhormooni viimisel hiire organismi on võimalik saada hiired, kes on normaalsetega võrreldes ligi kaks korda suuremad. Näiteks ühe transgeense hiire organismi viidi kasvuhormoon, mis suurendas tema lihasmassi ja tugevust, üleekspresseerides peptiidi, nimega insuliinisarnane kasvufaktor-I (IGF-I), mis asub lihaskiudes.[11][12]

Metaboolne superhiir[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mõnedel laborihiirtel muudeti geeni, mis on seotud glükoosi metabolismiga ja selle tagajärjel hakkasid hiired kiiremini jooksma, nende eluiga pikenes, tõusis seksuaalne aktiivsus ning nad said süüa rohkem kui tavalised hiired, ilma kaalu juurde võtmata.[13][14] Sellistel hiirtel on PEPCK-C ensüümi kontsentratsioon lihastes 100 korda suurem kui tavalistes hiirtes. Peale selle on aga täheldatud, et need hiired on agressiivsemad.

Transgeenne hiir ja monokloonsed antikehad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Geneetiliselt muundatud hiirte abil on võimalik toota inimesele vajalikke monokloonseid antikehasid, mis võivad olla rakenduslikult tähtsad geeniteraapias. Üks kõige paljutõotavamaid lähenemisi terapeutiliste monokloonsete antikehade valmistamisele on selliste hiiretüvede loomine, mis on projekteeritud tootma suurel hulgal inimestele mõeldud antikehasid hiire enda antikehade puudumisel. Selliseid transgeenseid hiiri on aretatud inimese immuunoglobuliini (antikehade) lookuste lõikude sisseviimisel sellistesse hiireliinidesse, kellel puuduvad hiirele omased antikehasid tootvad geenid. Need geneetiliselt muundatud hiired toodavad suurtes kogustes terviklikke inimese antikehasid, mis antigeenidega immuniseerides tekitavad antigeen-spetsiifilisi inimese monokloonseid antikehasid.[15]

Monokloonsete antikehade saamise skeem[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Hiirt immuniseeritakse antigeeniga, milleks võib olla valk, hormoon, ensüüm, kasvajarakud.
  2. Immuniseeritud hiire põrnarakud liidetakse ehk hübridiseeritakse kasvajarakkudega (müeloomi rakkudega).
  3. Hübridoomirakke selekteeritakse selektiivsöötmel. Kasvajarakud, mis ei hübridiseerinud põrnarakkudega, surevad.
  4. Antikehade sünteesi testimine. Otsitakse üles rakukloon, mis sünteesib antikehasid.
  5. Soovitud antikehade rekloneerimine ja osa materjali külmutamine.
  6. Hübridoomide kasvatamine masskultuuris või hiire kõhuõõnes.
  7. Antikehade puhastamine ja nende kasutamine vastavalt otstarbele.[16]

Suurt tähelepanu tuleb pöörata sellele, kuidas kasutada uurimustöödes geneetiliselt muundatud hiiri.[17] Isegi elementaarsed teemad, nagu õige metsiktüüpi hiire valimine, jäetakse mõnikord tähelepanuta.[18]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Marten H. Hofker. Transgenic Mouse : Methods and Protocols. 209, 20 august 2002. (pdf) (inglise)
  2. Rudolf Jaenisch, Beatrice Mintz. Simian Virus 40 DNA Sequences in DNA of Healthy Adult Mice Derived from Preimplantation Blastocysts Injected with Viral DNA. 71(4), Aprill 1974. Proc Natl Acad Sci U S A. (pdf) (inglise)
  3. JW Gordon, FH Ruddle. Integration and stable germ line transmission of genes injected into mouse pronuclei. 214 (4526), 11 detsember 1981. (pdf) (inglise)
  4. Franklin Constantini, Elizabeth Lacy. Introduction of a rabbit β-globin gene into the mouse germ line. 294 (5836), November 1981. Nature. (html) (inglise)
  5. Ralph L. Brinster, Howard Y. Chen, Myrna Trumbauer, Allen W. Senear, Raphael Warren, Richard D. Palmiter. Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. 27 (1), 1 november 1981. (pdf) (inglise)
  6. 6,0 6,1 Douglas Hanahan, Erwin F. Wagner, Richard D. Palmiter. The origins of oncomice: a history of the first transgenic mice genetically engineered to develop cancer. 2007. Cold Spring Harbor Laboratory Press. (pdf) (inglise)
  7. 7,0 7,1 What's a "Transgenic Mouse" ?.
  8. Kirk R. Thomas, Mario R. Capecchi. Site-directed mutagenesis by gene targeting in mouse embryo-derived stem cells. 51, 6 november 1987. Cell Press. (pdf) (inglise)
  9. Background: Cloned and Genetically Modified Animals. 14 aprill 2005. Center of Genetics and Society. (html) (inglise)
  10. Knockout Mice. Nation Human Genome Research Institute. (html) (inglise)
  11. Alexandra C. McPherron, Ann M. Lawler, Se-Jin Lee. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-p superfamily member. 287, 1 mai 1997. Nature. (pdf) (inglise)
  12. Elisabeth R. Barton-Davis, Daria I. Shoturma, Antonio Musaro, Nadia Rosenthal, H. Lee Sweeney. Viral mediated expression of insulin-like growth factor I blocks the aging-related loss of skeletal muscle function. 95 (26), 27 oktoober 1998. PNAS. (html) (inglise)
  13. Genetically engineered super mouse stuns scientists. 3 november 2007. (html) (inglise)
  14. Parvin Hakimi, Jianqi Yang, Gemma Casadesus, Duna Massillon, Fatima Tolentino-Silva∥, Colleen K. Nye, Marco E. Cabrera, David R. Hagen, Christopher B. Utter, Yacoub Baghdy, David H. Johnson, David L. Wilson, John P. Kirwan, Satish C. Kalhan, Richard W. Hanson. Overexpression of the Cytosolic Form of Phosphoenolpyruvate Carboxykinase (GTP) in Skeletal Muscle Repatterns. 282, 25 juuli 2007. The Journal of Biological Chemistry. (pdf) (inglise)
  15. A. Jakobovits. Production of fully human antibodies by transgenic mice.. 6 (5), Oktoober 1995. Cell Genesys Inc. (html) (inglise)
  16. Rakubioloogia meetodid. (hmtl) (eesti)
  17. W. E. Crusio, D. Goldowitz, A. Holmes, D. Wolfer. Standards for the publication of mouse mutant studies. 8 (1), 6 september 2008. The International Behavioural and Neural Genetics Society. (pdf) (inglise)
  18. Mohammed Bourdi, John S. Davies, Lance R. Pohl. Mispairing C57BL/6 Substrains of Genetically Engineered Mice and Wild-Type Controls Can Lead to Confounding Results as it did in Studies of JNK2 in Acetaminophen and Concanavalin A Liver Injury. 24 (6), 24 mai 2011. Chem Res Toxicol. (pdf) (inglise)