复杂性状遗传CC小鼠——肿瘤研究新平台

癌症是由于机体细胞失去正常调控过度增殖而引发的一系列复杂性状疾病的统称,其本质上是一种基因疾病。用于传统肿瘤小鼠模型的重组近交(RI)品系由于只起源于两个近交祖系,因此规模小且等位基因多样性较少,在统计功效上存在局限性。复杂性状遗传(Collaborative Cross mice,CC)小鼠是由来自八个原始种系近交产生的数百种基因型不同的小鼠品系,能够体现不同小鼠亚种的遗传学变异,具有高遗传多样性,大种群规模等重要特征。它可以模拟人类复杂性状疾病中不同人群对病因或治疗方法个体易感性的差异,为促进复杂性状疾病易感基因筛查、基因功能发现等方面的研究提供了一个更好的研究工具与信息平台。本文就CC小鼠在医学应用中的研究现状、挑战性与局限性、以及其在肿瘤研究中的应用前景进行综述。     

复杂性状遗传CC小鼠的特点及实际应用中的提示

实验动物为生命科学研究提供支持,特别是小鼠,因其遗传、免疫等信息积累丰富而应用广泛。后基因组时代,为了研究人类以及动物的基因组信息,人们建立了多种转基因、基因敲除小鼠模型以研究某一单基因功能;然而人类大部分疾病并非单基因疾病,除受外界环境影响,一般受多遗传因素控制。生命科学领域的多基因相关的复杂性状研究向实验动物提出了新的要求。因此科学家提出了建立协同杂交小鼠(CC小鼠)资源的计划。本文将对CC小鼠出现的背景、特点及应用中需要考虑的问题做一概述。     

复杂性状遗传CC小鼠与精准医学研究

生物组学技术在生物学、医学上的转化应用,为精准的个体化预防、诊断、治疗提供了关键性的技术体系,精准医学模式应运而生。实验动物学研究是疾病发病机制研究转化到临床不可或缺的手段。为应对目前严重危害人类疾病的复杂性、多样性特点,2002年国际复杂性状联盟(Complex Trait Consortium,CTC)倡议研发建立新的小鼠遗传资源库;通过不同纯系小鼠品系间的杂交创建小鼠复杂性状遗传资源库(Collaborative Cross mice,CC小鼠)。随着原始亲本小鼠(founder)选定、杂交品系的繁殖,CC小鼠在检测小鼠表型、疾病易感性、疾病发生发展及预后与遗传因素的关系方面进行了系列的尝试。文中将就CC小鼠在疾病发生发展及药物评价个体化研究中的应用做一简要介绍。     

复杂性状遗传CC小鼠在传染病领域的应用及研究进展

动物模型是传染病防控研究体系中的重要支撑环节,起到连接实验室基础科研和临床诊疗的桥梁作用。小鼠是目前最被广泛使用的传染病动物模型,然而,免疫系统完整的成熟小鼠很多情况下对某些传染病病原并不易感。近年来,开发临床病例表征与人类更接近的协同杂交(Collaborative Cross,CC)小鼠,又称复杂性状遗传小鼠资源是目前的研究热点和建立疾病动物模型的另一切入口。本文将对目前使用CC小鼠感染传染病病原(包括病毒、细菌、真菌等)后呈现出表型多样性的研究报道做一综述,以期为进一步研究CC小鼠对不同传染病的易感性,丰富我国传染病动物模型资源库,为应对各种重大及新发突发传染病及临床的精细化诊疗提供有价值的参考数据。并在此基础上,提出一系列有关CC小鼠资源目前亟待解决的关键科学技术问题,同时对未来在传染病领域的应用作一展望,以作抛砖引玉之用。     

复杂性状遗传CC小鼠—一个适用于遗传探索和研究复杂遗传性状的遗传参考种群

正影响公众健康的复杂性疾病,如癌症、心脑血管病、糖尿病和痴呆等,多源自遗传、发育、环境等诸多因素的相互作用,但影响遗传变异的机理大多未知。为此人们开始研究一项新的模拟人类遗传结构的实验资源,被称为复杂性状遗传CC小鼠(以下简称CC小鼠)。CC小鼠是一个多亲本的遗传参考种群,其基础是充分利用重组近交系,可以快速定位调节复杂性状基因。设计用八个始建品系来解决对遗传变异的限制,其中包括数个来源于不同大洲的野生近交品系。可创造更多的重组近交系突破基因图绘制     

无毛小鼠同类系的培育

同类系(Congenic strain)小鼠是一类除特定基因外遗传背景高度一致的近交系小鼠品系。建立同类系小鼠可使遗传背景标准化,即可在同一遗传背景下比较某基因位点上不同等位基因的遗传效应,又可在不同遗传背景下研究同一基因与遗传背景及其他基因的关系,清除杂合遗传背景对某些突变基因表达的影响,并且有利于对复杂的多基因性状进行遗传分析。     

系统低温生物学技术在实验小鼠资源保存中的建立与应用

目的 建立小鼠胚胎与配子冷冻库,以安全、有效地保存小鼠资源.方法 选择不同遗传背景(近交系、远交群、免疫缺陷、疾病模型和基因改变等)的实验小鼠,系统进行了超数排卵、体外受精(IVF)率、胚胎与精子的冷冻复苏效果、卵巢冷冻与移植、辅助体外受精等比较研究.结果 ①小鼠年龄和遗传背景的不同,其超数排卵的结果也不同(P<0.01).三个日龄段中,28日龄最好,其次为112日龄,56日龄最差;不同遗传背景小鼠的超数排卵结果显示,封闭群和大部分近交系小鼠优于转基因小鼠(P<0.05),自发性疾病小鼠和基因剔除小鼠的结果最差;②不同品系小鼠的新鲜精子和冻融精子的体外受精率差异有显著性(P<0.05),特别是C57BL/6J 小鼠冻融精子的IVF率(10.3±4.2%)与新鲜精子(89.8±4.8%)相比,差异极显著(P<0.01);③不同品系小鼠的胚胎复苏率,除MRL/mp小鼠的复苏率略低外,其他小鼠品系均有较高的冷冻胚胎复苏率(58.2%～83.9%),表明,不同遗传背景小鼠之间差异有显著性(P<0.05),但均可以达到有效保存小鼠资源的目的.④小鼠的遗传背景、年龄等对小鼠精子的冷冻效果都有影响,采用改良的FERTIUP冷冻保护剂和细胞质内单精注射(ICSI)技术可有效提高以C57BL/6J为背景的基因改变小鼠的精子冷冻复苏率.⑤卵巢冷冻保存可以改善雌性小鼠的繁殖困难或不孕.结论 小鼠资源的安全保存,除了长期连续繁殖保种外,最好的或最保险的方法是低温保存.通过将胚胎、配子、卵巢等长期保存在液氮(-196℃)中避免遗传性状的改变,并在将来复苏后获得正常的小鼠后代,以用于生物学和医学等研究.     

小鼠模型与人类疾病

小鼠是人类疾病理想的动物模型,不仅因为小鼠在生理上与人类极为相似而且小鼠的遗传资源非常丰富,其大量的传变异可作为研究人类的借鉴。另外,高分辨率的小鼠遗传及物理连锁图谱已经建成,小鼠基因组的测序工作不久即将完成,而且维修小鼠基因组的技术（包括建立转基因小鼠,基因敲除,以及改建小鼠染色体的技术）也已具备,分析复杂遗传病的方法也相继建立……。这些进展加速了对小鼠疾病基因位点的鉴定与克隆,同时也促进了新模型的建立,从而使得小鼠成为人类疾病动物模型的首选。小鼠传学分析的技术与资源,将简要介绍用于建立人类疾病的动物模型的基本技术与方法,以及现有的小鼠传资源,在以后各部分中,将列举涉及多种人类疾病的100多个小鼠模型,其中大多数的模型的变异,在小鼠与患者的表型极为相似;因而有助于人们理解人类疾病及寻找有效的预防,治疗方法。     

人类疾病模型小鼠的标准化维持方法研究

目的研究人类疾病模型小鼠的可遗传生物学特性,建立品系的标准化维持方法。方法选用FVB TgN、MRL Mpj和SAMP1Ka三个疾病模型小鼠品系作为代表性实验对象,通过测定生长曲线、RAPD同工、酶电泳、行为学试验等方法,找出三个品系相对于各自对照品系的不同特征,并建立了标准化检测指标作为维持方法的依据。结果MRL Mpj的生长曲线相对于对照品系有明显的统计学差异;FVB TgN、MRL Mpj、SAMP1Ka等三个品系的RAPD图谱在阳性引物及扩增出的条带方面均不一致;同工酶电泳的结果表明不同品系的个体之间表型不完全相同;行为学试验更从多方面直观地显示了各品系的不同特征。结论人类疾病模型小鼠除了用常规检测方法外,还应建立各品系在生长曲线、RAPD、同工酶电泳、行为学试验等方面的特殊检测方法,及时检测模型小鼠品系的独特性状并作为保种依据,以避免遗传漂变的发生。     

人源化小鼠模型研究及应用进展

研究人类复杂疾病的发病机制,筛选有效药物,需要理想的动物模型来进行大量的体内试验。小鼠是应用最为广泛的生物模型之一,但考虑到小鼠与人类在生理、病理等诸多方面存在差异,构建具有人类功能性基因、细胞或组织的人源化小鼠模型尤为重要。该文对人源化小鼠模型的研究概况及其在肿瘤、感染性疾病、自身免疫性疾病和代谢性疾病等方面的应用进行综述。     

The Collaborative Cross mouse genetic reference population designed for dissecting complex traits

Complex traits are multifactorial traits controlled by polygenic host factors. These trait-related phenotypic characteristics and performance including body weight, blood chemistry, immune cell profiles, as well host susceptibility to infectious and chronic diseases. In recent years, tremendous efforts were invested aiming to map the host genetic factors attribute to these traits and subsequently clone the gene/s underlying these loci. In parallel to human studies, a number of mouse models and approaches were developed aimed to enhance the mapping process and the gene cloning. These include of using resources such as F2, backcross, advanced intercross lines, outbred populations, consomic, congenic and recombinant inbred lines (RIL). The constraints of these approaches were the limited resolution mapping of genomic regions of the quantitative trait loci (QTL) associated with the trait of interests, and the limited genetic diversity observed in the parental founders. To overcome these limitations, a new genetically highly diverse recombinant inbred lines of mouse population was established, namely the Collaborative Cross (CC), created from full reciprocal mating of 8 divergent strains of mice:A/J, C57BL/6J, 129S1/SvImJ, NOD/LtJ, NZO/HiLtJ, CAST/Ei, PWK/PhJ, and WSB/EiJ. By intercrossing these eight founders to generate the different CC lines, the genetic makeup of the newly developed resource is completely different from the eight parental lines, and will show heterosis, which subsequently will response differently comparing with their original founders. Finally, our results suggest that it is not essential to defining the phenotypic response of the eight parental lines, prior of assessing the CC lines, because it is believed that genetic interaction of the new genetic makeup of the new lines will reveal new phenotypic response, which completely different from the parental lines.In this report, we present to the community the power of the CC for dissecting variety of complex traits including host susceptibility to infectious and chronic diseases as well body performance traits. Based on our results from a variety of studies, we recommend to the community, that the best strategy of using this population is to aim of phenotyping about 50 and more of CC lines, with limited number of biological replicates (3-4 mice per line), and subsequently using the publicly available high dense genotype information of the CC lines as well the sequence database of the eight founders, it will be possible performing QTL mapping to a unprecedented precision genomic regions less than 1 MB, subsequently lead to identify potential strong candidate genes. These achievements are believed cannot be obtained with any other currently available mouse resource populations.     

小鼠11个品系20个微卫星基因位点的遗传分析

目的利用PCR对近交系小鼠11个品系的20个微卫星基因座进行遗传检测,为实验室日常检测近交系小鼠的遗传背景提供一种分子生物学方法.方法用20个微卫星引物对11个品系近交系小鼠的基因组DNA进行PCR扩增.根据MMDBJ数据库信息,已知品系C3H、DBA、BALB/c和C57BL/6的多态性位点大小,由此可推知其他品系C57BL/6-Bg、C57BL/10、TA1、TA2、T739、M615和SCID的多态性位点大小.结果应出现的220条条带中有193条与预期的一致.结论利用这20个微卫星基因位点可以将11个品系的近交系小鼠区分开来,近交系小鼠具有丰富的遗传多样性,这些结果对于近交系小鼠的遗传检测具有重要指导意义.     

The genetic reference population “Collaborative Cross”is a powerful resource for genetic discoveries and understanding complex genetic traits

The Collaborative Cross(CC) is a powerful genetic resource with a wide range of applications in medical research. It is a multiparental genetic reference population, composed of 200 recombinant inbred mouse strains. It was designed to be a resource for rapid mapping of genes that mediate complex traits. The CC has been produced following an intense breeding program that had taken over ten years to complete. It is now becoming available to the research community. While advances in human genetic technologies over the last decade have been substantial, the CC provides the ability to make discoveries not possible with other methods or resources. It can be applied to any subject that can be measured or modelled in the mouse. Here, we discuss a range of applications for which the CC can be used, with examples taken from the early characterization of this powerful resource.     

微卫星DNA分析国内24个近交系小鼠遗传状况

目的利用微卫星位点对国内24种近交系小鼠进行遗传状况分析。方法用前期筛选的富含多态性和等位基因数多的30个小鼠微卫星位点,合成荧光标记引物,对近交系小鼠基因组DNA进行PCR的扩增,经STR扫描对各近交系小鼠品系进行基因分型。结果在24个近交系小鼠品系中,有16个品系在品系内在30个位点上均具有相同基因型。而在不同品系间同一位点具有多态性,可初步对不同品系进行鉴别区分。其余品系内个别动物存在多态性。结论所选位点可以参考用于近交系小鼠遗传质量检测分析,并进行初步品系检测鉴定。     

微卫星技术对近交系小鼠遗传质量的分析

目的对14个品系近交系小鼠24个微卫星座位进行遗传分析,以期用微卫星位点分析法区分不同近交系小鼠。方法通过Mouse Genome Informatics数据库确定合适的微卫星位点和引物,对近交系小鼠基因组DNA进行扩增,分析不同品系小鼠在所选微卫星座位的基因片段,与数据库小鼠品系数据进行比较,并对14个品系近交小鼠进行了DNA多态性分析。结果24个微卫星位点在不同品系的小鼠之间具有多态性,不同品系小鼠之间的遗传距离为0.045~1.526;在不同的亚系之间也有具有多态性。结论微卫星标记方法能区分不同的近交小鼠品系、近交小鼠亚系,为小鼠遗传质量的检测提供了一个快捷简便的方法。     

结核病易感性的研究进展

大量的遗传学研究表明,结核病是多基因和环境因素共同作用的结果。近年来,结核病易感基因及其单核苷酸多态性(SNP)位点研究成为热点,但与易感性有确切关联的基因和SNP报道较少,并且某些易感基因有种族、人群、地域分布的差异,不同种群或地区的局部研究得到的研究结论常不一致,甚至相反,因此,需要进一步寻找能广泛适用的、有确切关联的易感基因。鉴于此,需要在具备基因多样性的实验动物中进行初筛,然后在动物或人群中验证。协同杂交(Collaborative Cross,CC)小鼠具有遗传多样性并且有清晰的背景基因数据库,可为结核易感性研究提供新的工具。本综述总结已报道的结核易感基因及其SNP的研究进展,展望CC小鼠在此研究的应用和重要意义。     

应用RAPD方法对近交系小鼠进行遗传检测的研究

目的　为实验室日常检测近交系小鼠的遗传背景提供一种分子生物学方法。方法　用 6条随机引物对 6个品系近交系小鼠基因组DNA进行PCR扩增。结果　 6条随机引物中p2、p3、p5和p6四引物扩增的条带差异较为明显。结论　RAPD方法是一种有效的近交系小鼠遗传检测手段