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动物转基因技术是在上世纪八十年代初发展起来的一项高新生物技术。1982年,Palmite等将小鼠金属硫蛋白(MT-1)基因启动子片段,与大鼠生长激素基因相连接的融合基因转入小鼠受精卵,培育出体重是一般小鼠2倍大的超级小鼠,引起了世界轰动。随着世界各国普遍开展转基因动物的研究,转基因技术也得到了飞速发展。转基因动物在生命科学研究的重要应用从而得以证实。
与普通的转基因技术相比,条件转基因技术使转基因动物的制作有了革新性的发展,它克服了普通转基因技术的一些局限性。例如某些基因在动物成体内具有致病或毒性作用,采用传统技术制作带有这类基因的转基因动物时,由于在胚胎期外源基因就可以表达,导致动物在胚胎时期发生死亡而无法进行深入研究或者形成免疫耐受,因而作为疾病模型用来探讨免疫反应及致病机制显然不是很理想。可调控基因表达的调控系统基本上都包括三个组成部分,即调控部分,携带目的基因的反应部分和诱导因子部分,其目的是在细胞或动物整体水平实现对外源基因表达的时空调控,其中Bujard和其同事建立的四环素调控系统即Tet-off/Tet-on系统是目前较完善的最具代表性的基因表达调控系统之一(GossenandBujardetal,1992;Gossenetal,1995),目前已成功地用于转基因动物模型的研究(Huangetal,2001;Efratetal,1995;Diamondetal,2000)。
四环素调控系统的推出为研究基因功能及诱导表达开辟了一个崭新的领域,它为研究系统发育中基因的调控表达和功能、某些特定基因在不同生长过程中的生物学作用、生化特征提供了理想的研究工具,为基因治疗提供了一条可控的安全途径。然而,其自身存在的一些问题,例如泄漏,使其在应用上受到一些限制,特别在某些基因的表达对细胞或胚胎具有毒性或引起免疫耐受时,当需要定时定量研究基因表达等情况下,该系统就显得不够适合。
为建立严密型四环素调控系统的细胞模型和动物模型,本实验构建了带有肝脏特异性启动子ApoE的rtTA/tTS片段,用脂质体法转染人HepG2细胞和显微注射制作ApoE-rtTA-tTS转基因动物。经过检测荧光素酶的活性,获得了一株低背景表达和高诱导倍数的HepG2细胞克隆。PCR和Southernblot二级筛选法获得两只基因组中整合有ApoE-rtTA-tTS的首建转基因鼠。RT-PCR结果显示,rtTA/tTS仅仅在肝脏有特异的转录表达,其他组织不表达。荧光素酶活性检测结果进一步验证了tTS对四环素调控系统的内在泄露问题有一定的抑制作用,使四环素调控系统可以对基因表达进行时间和数量水平上的有效调控,使该系统不仅能用于培养细胞的基因表达的研究,还可以用于转基因动物,作为基因功能及基因调控的主要工具。另外本调控系统带有肝脏特异性启动子,能使外源基因在肝脏定点表达,对某些肝脏疾病的发病机理以及药物治疗的研究均有十分重要的意义。
当把本研究建立的带有调控部分的模型小鼠,与整合有四环素调控系统反应部分的小鼠杂交后,可获得带有四环素调控系统两种组分的双转基因小鼠。在特定的时间内通过在饮水中加入强力霉素可以诱导目的基因在小鼠肝脏中进行可调控性的表达。此结果为进一步验证带有肝脏特异启动子的四环素调控系统的有效性提供了实验依据,也为今后在动物整体水平上研究有肝脏特异性的疾病相关基因功能提供理想的转基因动物模型,而且也为在动物整体水平上定时定量地调控目的基因表达建立了很好的技术平台。