2. Экспрессия трансгенов

Если трансгены в своем функционировании проявляют тканеспецифичность, то уровень их экспрессии зависит от места интеграции в хромосому. В тех редких случаях, когда экспрессия трансгена полностью отсутствует, это объясняют его интеграцией в гетерохроматиновые участки хромосом, неактивные в отношении транскрипции, или другими эффектами положения. Поскольку уровень экспрессии трансгенов у некоторых трансгенных мышей может превышать таковой у его эндогенного гомолога, делают вывод об отсутствии необходимости в точной локализации гена на хромосоме для его эффективной экспрессии. Тканеспецифический характер экспрессии генов обеспечивают, главным образом, их энхансеры – цис-действующие регуляторные последовательности нуклеотидов, которые располагаются как внутри, так и вне генов на значительном удалении от них (см. рис. I.30). Обнаружены гены, экспрессирующиеся в клетках только одного типа (строгая тканеспецифическая экспрессия), в клетках немногих тканей и в клетках многих или большинства типов (так называемые гены "домашнего хозяйства"). В том случае, если энхансеры обеспечивают абсолютный тканеспецифический характер экспрессии, контекст окружающих трансген последовательностей нуклеотидов хромосомы оказывает влияние на уровень его экспрессии только в клетках одного типа. Если же энхансеры дают возможность функционировать трансгену в клетках разных тканей, то уровень экспрессии будет варьировать в клетках этих тканей даже при интеграции в геном единственной его копии.

Обнаружена слабая корреляция между числом копий трансгенов, тандемно интегрированных в геном животного, и суммарным уровнем их экспрессии. Это указывает на функциональную активность лишь немногих трансгенов из всего кластера их множественных копий.

Таким образом, данные, полученные к настоящему времени, указывают на то, что экспрессия рекомбинантных генов у трансгенных животных в большой степени напоминает таковую, происходящую в природных условиях в гомологичном генетическом окружении. Объединение структурных частей рекомбинантных генов с конкретными регуляторными последовательностями организма-реципиента позволяет получать строго детерминированную, тканеспецифическую экспрессию этих генов в процессе трансгеноза.

3. Использование трансгенов у животных

Техника трансгеноза открывает практически безграничные, принципиально новые возможности исследования экспрессии генов. Ниже будут кратко рассмотрены четыре активно развиваемые направления использования трансгенов в фундаментальных и прикладных исследованиях. К ним относятся: а) изучение молекулярных механизмов экспрессии генов; б) исследование механизмов дифференцировки соматических клеток в онтогенезе многоклеточных организмов; в) подходы к изменению физиологического статуса лабораторных и сельскохозяйственных животных; г) моделирование наследственных и приобретенных заболеваний человека. Два последних направления исследований являются фундаментом для современной и будущей генотерапии.

1. Исследование механизмов экспрессии генов

Как уже упоминалось выше, цис-действующие регуляторные последовательности нуклеотидов обеспечивают тканеспецифический характер экспрессии трансгенов. Этим свойством воспользовались для определения точной локализации таких регуляторных элементов генов. Например, с использованием делеционного картирования был идентифицирован энхансерный элемент гена эластазы-1 крыс. Полный ген эластазы-1 в составе фрагмента ДНК длиной в 7,2 т.п.о. экспрессировался у трансгенных мышей, что указывало на наличие в данном фрагменте ДНК всех последовательностей нуклеотидов, необходимых для функционирования гена. Удаление с помощью делеций 5’-фланкирующих последовательностей нуклеотидов этого гена не влияло на тканеспецифический характер его экспрессии в ацинарных клетках поджелудочной железы мышей (место обычной активации гена) до тех пор, пока не затрагивалась последовательность длиной в 205 п.о., непосредственно прилегающая к 5’-концевой его части (рядом с точкой инициации транскрипции). Делеции, которые оставляли лишь 72 п.о. 5’-фланкирующей последовательности, полностью инактивировали ген, что указывало на расположение регуляторного элемента между нуклеотидами в положениях -205 и -72. Такая последовательность обладала всеми свойствами энхансера и сохраняла активность после перемещения за 3 т.п.о. перед сайтом ее нормальной локализации или встраивания в интрон. При этом для нее была характерна способность активировать гетерологичные промоторы.

Использование таких эффективных, хотя и трудоемких методов иногда является единственным путем идентификации тканеспецифических регуляторных элементов генов. Дело в том, что клетки в культуре тканей часто претерпевают дедифференцировку и утрачивают изначально присущий им тканеспецифический характер экспрессии своих генов, поэтому применение культур тканей вместо трансгенных животных для таких целей проблематично.

Экспрессия трансгенов обнаруживается по появлению соответствующего им белкового продукта или транскрипта, а также по специфическим физиологическим реакциям организмов-реципиентов. Это позволяет использовать трансгеноз для изучения путей и механизмов дифференцировки соматических клеток в биологии развития, а также для изменения физиологической и физической конституции сельскохозяйственных животных, моделирования многих наследственных заболеваний человека и разработки методов их лечения.