Knock Out, Knock In, Knock Down – Genetycznie manipulowane myszy i Nagroda Nobla

W Sztokholmie tej jesieni Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii została przyznana Martinowi Evansowi, Oliverowi Smithiesowi i Mario Capecchi za odkrycie zasad wprowadzania specyficznych modyfikacji genów u myszy za pomocą zarodkowych komórek macierzystych . Metody, które opracowali umożliwiają niezwykle szczegółowe badania nad funkcjonowaniem niemal każdego genu u żywego zwierzęcia. Biorąc pod uwagę wysoki stopień podobieństwa pomiędzy genomem myszy i człowieka, ta technologia manipulacji genami ma ważne implikacje kliniczne. Koncepcja inżynierii genetycznej myszy jest prosta: wymyśl konkretną modyfikację genetyczną w chromosomie embrionalnych komórek macierzystych i wykorzystaj te zmodyfikowane komórki do wygenerowania myszy, które mogą przekazać nową cechę potomstwu. Prostota metody opiera się na dwóch zasadach: zdolności do wymiany określonych sekwencji chromosomalnych DNA w komórkach ssaków za pomocą rekombinacji homologicznej i manipulacji embrionalnymi komórkami macierzystymi w sposób umożliwiający dziedziczenie modyfikacji genetycznej.
Podczas rozmnażania płciowego mejoza zmniejsza o połowę zawartość chromosomów w diploidalnej komórce zarodkowej, dając haploidalną gametę. Gamet łączy się z inną haploidalną gametą, aby stać się diploidalną zygotą, która ma nową parę chromosomów – jedną z komórki jajowej, jedną z plemników. W miarę rozwoju zygota rekombinuje chromosomy w miejscach homologicznych genów pochodzących od dwóch rodziców (rekombinacja homologiczna), tworząc unikalną kombinację genów (i zapewniającą zmienność genetyczną w obrębie populacji). Homologiczna rekombinacja występuje również w komórkach somatycznych podczas naprawy uszkodzonej nici DNA, z nienaruszoną kopią na chromosomie partnera służącym jako matryca.
W latach sześćdziesiątych XX wieku Oliver Smithies znalazł eksperymentalne dowody na to, że homologiczna rekombinacja generuje zmienność alleliczną w ludzkich genach haptoglobiny, dużej rodzinie zawierającej wiele kopii funkcjonalnych i nieaktywnych genów. W 1985 roku Smithies i współpracownicy wprowadzili krótką sekwencję DNA z ludzkiego locus beta-globiny do linii komórkowej erytroleukemii i byli w stanie wykryć specyficzną wymianę genu beta-globiny z sekwencją homologiczną w około na każde 1000 komórek.1 Ponieważ częstotliwość ta była znacznie wyższa, niż można się było spodziewać, gdyby wprowadzony DNA zintegrował się losowo z genomem komórki, eksperyment wykazał wykonalność ukierunkowanej rekombinacji materiału genetycznego.
Podczas gdy Smithies prowadził tę pracę, Mario Capecchi opracował metodę wprowadzania DNA bezpośrednio do jądra komórki za pomocą małej szklanej pipety. Technika ta umożliwiła efektywny transfer materiału genetycznego do losowych lokalizacji chromosomowych, stwarzając możliwość wytwarzania organizmów transgenicznych. Capecchi zauważył, że wiele kopii wprowadzonego genu zostało umieszczonych w określonych konfiguracjach, które wynikały z rekombinacji homologicznej. W badaniach tych ustalono, że rekombinacja homologiczna może występować w komórkach somatycznych i ujawniła jej potencjał do zastosowania w inżynierii genetycznej. Poprzez generowanie linii komórkowych, które zawierały nieaktywną zmutowaną kopię genu selekcji leku, Capecchi zbudował elegancki system do testowania zdolności komórek do przechodzenia rekombinacji homologicznej
[patrz też: stomatolog w kamienicy gryfino, fizykoterapia szczecin, sildenafil bez recepty ]