Zmodyfikowane genetycznie myszy, badane w jednym z nowych laboratoriów Centrum Neurobiologii Instytutu Nenckiego w Warszawie, już wkrótce pomogą naukowcom lepiej zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za zaburzenia czynności metabolicznych prowadzące do otyłości.

1. Dr Witold Konopka ze zmodyfikowanymi genetycznie myszami, u których można wyłączyć gen Dicer. Zwierzęta wyhodowano w Pracowni Modeli Zwierzęcych Centrum Neurobiologii Instytutu Nenckiego. (Źródło: Instytut Nenckiego, Grzegorz Krzyżewski)

W Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie bada się myszy z bardzo precyzyjnie zmodyfikowanym genomem. Dzięki możliwości wyłączenia genu Dicer u dorosłych osobników, myszy będzie można wykorzystać w celu lepszego zrozumienia procesów związanych z takimi funkcjami poznawczymi jak uczenie się i pamięć. Co więcej, naukowcy z Instytutu Nenckiego właśnie wykazali, że owe transgeniczne myszy nadają się już do badań nad zaburzeniami metabolizmu skutkującymi otyłością.

Badania nad genem Dicer i jego wpływem na procesy poznawcze i metaboliczne są obecnie prowadzone w Instytucie Nenckiego w Pracowni Modeli Zwierzęcych, nowym laboratorium środowiskowym, stanowiącym część powstającego Centrum Neurobiologii. Budowa Centrum jest realizowana na terenie kampusu Ochota w Warszawie w ramach dużego projektu europejskiego Centrum Badań Przedklinicznych i Technologii CePT. W projekcie, finansowanym z Programu Operacyjnego "Innowacyjna Gospodarka", uczestniczy 10 warszawskich instytucji naukowych.

"Nikogo nie trzeba przekonywać, że wiedza o funkcjach poszczególnych genów człowieka ma absolutnie fundamentalne znaczenie i w biologii, i w medycynie", mówi dr Witold Konopka, kierownik Pracowni Modeli Zwierzęcych. "Lecz jak poznać funkcje genu, skoro nie możemy dokonywać modyfikacji genetycznych u ludzi? Jedyną metodą jest stworzenie odpowiedniego zwierzęcia, na przykład dorosłej myszy, u której gen można byłoby włączyć lub wyłączyć w celu odpowiedniego modelowania choroby. To łatwo powiedzieć, znacznie trudniej zrobić. Zwłaszcza wtedy, gdy w grę wchodzą geny naprawdę ważne dla każdej komórki".

Dr Konopka od kilku lat zajmuje się badaniami nad mysim genem Dicer. Gen ten, którego analog znajduje się m.in. w genomie człowieka, odpowiada za powstawanie białka skracającego cząsteczki RNA do krótkich, 20-nukleotydowych fragmentów, pełniących ważne funkcje w regulowaniu pracy innych genów. Aktywność genu Dicer jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania komórki. Nie można go po prostu wyłączyć u zygot, bo defekt będzie tak poważny, że uniemożliwi poprawny rozwój zarodków.

Przygotowanie transgenicznej myszy, u której w wieku dorosłym można zablokować gen Dicer, trwa półtora roku. Proces zaczyna się od otoczenia genu Dicer na łańcuchu DNA dwoma sekwencjami znanymi jako loxP. Zabieg ten przeprowadza się na komórkach macierzystych, wstrzykiwanych następnie do zarodka. Ponieważ gen Dicer cały czas działa, zarodek może rozwijać się normalnie. Równolegle, do zygoty zwierzęcia przeciwnej płci wprowadza się gen kodujący białko znane jako rekombinaza Cre-ERT2. Cząsteczki tego białka składają się z części zawierającej enzym Cre oraz fragmentu reagującego na związek chemiczny o nazwie tamoksyfen. Fragment ten przed reakcją z tamoksyfenem uniemożliwia wnikanie rekombinazy Cre-ERT2 do jądra komórkowego.

Dorosłe myszy obu typów trzeba następnie krzyżować w celu otrzymania potomstwa, które będzie miało od obojga rodziców zarówno gen Dicer otoczony sekwencjami loxP, jak i gen kodujący rekombinazę. Mysz taka powstała dzieki wspólnym wysiłkom wielu grup badawczych z różnych ośrodków naukowych świata, m.in. German Cancer Research Center (DKFZ) w Niemczech czy Imperial Collage London z Wielkiej Brytanii.

Aby u dorosłych osobników otrzymanych opisaną drogą wyłączyć gen Dicer, wystarczy przez kilka dni podawać im tamoksyfen. Substancja ta kumuluje się w neuronach i umożliwia rekombinazie wniknięcie do jąder komórkowych. Enzym Cre rozpoznaje wtedy sekwencje loxP i wycina fragment kodu między nimi, czyli w tym przypadku gen Dicer.

"Pierwsze myszy, u których w dowolnym momencie można było wyłączyć gen Dicer, otrzymałem kilka lat temu podczas stażu podoktorskiego w German Cancer Research Center w Heidelbergu. Teraz wytwarzamy je także w Pracowni Modeli Zwierzęcych naszego instytutu. Ale stworzenie samych zwierząt to tylko część zadania. Jeśli chcemy prowadzić dzięki nim badania, zwierzęta muszą być odpowiednio scharakteryzowane", wyjaśnia dr Konopka.

Cechy myszy używanych do badań naukowych muszą być dokładnie znane. Bez tej wiedzy naukowcy nie mogliby ustalić, czy obserwowana zmiana w wyglądzie lub zachowaniu zwierzęcia ma związek z wyłączeniem danego genu. "Dwa lata temu scharakteryzowaliśmy procesy kognitywne nowych myszy. Stwierdziliśmy wtedy, że po wyłączeniu genu Dicer zwierzęta wykazywały lepszą pamięć niż grupy kontrolne", mówi dr Konopka. Około 5 miesięcy po usunięciu genu Dicer z mózgu dochodziło jednak do obniżenia zdolności poznawczych poniżej pułapu grupy kontrolnej, co można wiązać z obumieraniem neuronów pozbawionych genu Dicer. Obecnie udało się zakończyć analizy zmian procesów metabolicznych u nowych myszy, które przez 3-4 tygodnie po wyłączeniu genu Dicer więcej jedzą i szybko tyją, po czym ich apetyt wraca do normy, ale podwyższona masa ciała ciągle się utrzymuje.

"Dotychczas wiedzieliśmy z odpowiednią dokładnością, jak nasze myszy się uczą i jak pamiętają. Teraz jesteśmy pewni, że tych samych myszy możemy używać także do badań nad otyłością, co zresztą wkrótce zamierzamy uczynić. Ale w nowej pracowni będziemy nie tylko realizowali badania nad wymodelowanymi chorobami. Chcemy także wytwarzać transgeniczne zwierząta dla innych ośrodków naukowych", podkreśla dr Konopka.

Źródło: Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk