大小鼠模型命名方法與規(guī)則簡(jiǎn)介

曹 愿，岳秉飛，柳全明，范昌發(fā)

(中國(guó)食品藥品檢定研究院 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源研究所，北京 102629)

遺傳修飾動(dòng)物是指通過(guò)人工誘發(fā)突變或者使用現(xiàn)代基因工程手段，如轉(zhuǎn)基因、基因打靶或者基因組編輯技術(shù)等，人為地修飾、改變或者干預(yù)生物原有DNA的遺傳組成，并且能穩(wěn)定遺傳的新品系，包括轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、基因敲除動(dòng)物、基因定點(diǎn)突變動(dòng)物、誘變動(dòng)物等。遺傳修飾動(dòng)物用途廣泛，不但能用于整體水平和組織器官水平的研究，還能為深入的細(xì)胞和分子水平研究提供工具，是疾病發(fā)病機(jī)制、藥物篩選及臨床醫(yī)學(xué)研究的理想實(shí)驗(yàn)體系。

近年來(lái)，包括中國(guó)在內(nèi)的全球范圍內(nèi)，遺傳修飾動(dòng)物使用范圍不斷擴(kuò)大，構(gòu)建遺傳修飾動(dòng)物的技術(shù)手段也在不斷更新，由經(jīng)典的干細(xì)胞打靶(ES cell target)技術(shù)，到人工鋅指核酸酶(zinc finger nucleases，ZFN)技術(shù)，到類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases，TALEN)技術(shù)，一直發(fā)展到目前廣泛使用的CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)技術(shù)等[1]。隨著模型動(dòng)物種類和數(shù)量的不斷積累，國(guó)際交流頻繁，模型動(dòng)物經(jīng)濟(jì)價(jià)值凸顯等，逐漸暴露出模型動(dòng)物的命名混亂、命名缺乏統(tǒng)一規(guī)律等問(wèn)題，給國(guó)際間同行交流、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)帶來(lái)困難。在筆者實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部，也曾發(fā)生因命名前后不統(tǒng)一，導(dǎo)致模型構(gòu)建與生產(chǎn)繁殖管理中出錯(cuò)、以及同一種模型在不同的論文中采用不同的命名問(wèn)題，增加了與國(guó)際間同行交流的難度。

美國(guó)杰克遜實(shí)驗(yàn)室(The Jackson laboratory，JAX)是全球著名的小鼠模型資源保存與研究機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在模型研究工作領(lǐng)域取得的成就對(duì)全球?qū)嶒?yàn)動(dòng)物行業(yè)影響深遠(yuǎn)，其產(chǎn)生的觀點(diǎn)與方法為業(yè)界廣為學(xué)習(xí)與借鑒[2]。本實(shí)驗(yàn)室在與該機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期交流過(guò)程中，學(xué)習(xí)和采納了該實(shí)驗(yàn)室對(duì)模型動(dòng)物命名的方法。本文結(jié)合自身工作實(shí)際，對(duì)美國(guó)JAX實(shí)驗(yàn)室的模型動(dòng)物命名體系給予簡(jiǎn)要介紹，以期為模型動(dòng)物命名提供參考方法，促進(jìn)建立符合國(guó)際規(guī)范的模型動(dòng)物命名體系，為同行國(guó)際交流，模型知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)奠定基礎(chǔ)。鑒于近遠(yuǎn)交系、自發(fā)突變或誘導(dǎo)突變、轉(zhuǎn)基因鼠模型、基因敲除/敲入四個(gè)類型是目前使用最為廣泛的模型動(dòng)物類型，本文也側(cè)重介紹此類模型的命名原則。

1 命名體系

美國(guó)JAX實(shí)驗(yàn)室作為世界上實(shí)驗(yàn)鼠最多的實(shí)驗(yàn)室之一，其品系目前占世界的3/4，是全球頂尖的實(shí)驗(yàn)小鼠供應(yīng)機(jī)構(gòu)[2]，并且是目前世界上規(guī)模最大，最具有影響力的資源庫(kù)，其命名方法是根據(jù)小鼠遺傳命名標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際委員會(huì)(International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Mice)制定的[3]。其所有的小鼠表示方法中均用“J”所有表示。

1.1 近交系和遠(yuǎn)交系

近交系是經(jīng)連續(xù)20代(或以上)的同胞兄妹交配(或親代與子代交配)繁育而成，近交系數(shù)應(yīng)大于99%，品系內(nèi)所有個(gè)體都可追溯到一對(duì)共同祖先。如C57BL/6J(簡(jiǎn)稱B6，如圖1)，其中，C57BL表示小鼠親本的背景，6J表示亞種。其子代F1表示方法如圖1所示。遠(yuǎn)交系是在一定群體內(nèi)，以非近親交配方式繁育的動(dòng)物品系，且連續(xù)15代不從外部引入新的動(dòng)物種群。如ICR小鼠和昆明小鼠。圖1近交系中，如果母本為C57BL/6(簡(jiǎn)稱B6)，父本為129S1/SvlmJ(簡(jiǎn)稱129S)，那么其后代F1命名為B6129SF1/J。同樣的，如果將表1中，C57BL/6-Kdrem1(hKDR)/NIFDC(簡(jiǎn) 稱hKDR，母 本)與B6-Rag2em5/NIFDC(簡(jiǎn)稱Rag2-/-，父本)交配，那么得到的F1命名為hKDRRag2-/-F1/NIFDC。對(duì)于不同代的基因工程小鼠，只需將F1改為對(duì)應(yīng)的代次。

1.2 自發(fā)突變或誘導(dǎo)突變

自發(fā)突變是由于生物體內(nèi)的正常代謝產(chǎn)物或自然環(huán)境、物理、化學(xué)或生物等因素引起的突變，誘導(dǎo)突變是用放射性各種化學(xué)誘變劑誘導(dǎo)的基因缺失和突變[3-4]。在命名時(shí)，基因全名不用斜體，基因符合常用斜體表示，由2～4個(gè)字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，首字母大寫(xiě)，如Es1、B2m、Myc、Tyr等。在等位基因中，隱性基因以小寫(xiě)字母開(kāi)頭并用上標(biāo)表示，顯性、半顯性和共顯性基因的符號(hào)以大寫(xiě)字母開(kāi)頭，然后是小寫(xiě)字母，如Mclre表示Mclr基因的黃色隱性突變，MclrE-so表示淺黑色顯性突變[5]。

自發(fā)或誘導(dǎo)突變命名方法相同，在品系背景后用連字符將受影響的基因連接起來(lái)，而受影響的等位基因用上標(biāo)表示，如圖2所示。

1.3 轉(zhuǎn)基因模型

轉(zhuǎn)基因模型是利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，通過(guò)將外源性目的基因整合到動(dòng)物基因組中，以獲得表達(dá)能穩(wěn)定遺傳該外源基因的動(dòng)物的一門(mén)技術(shù)。其命名方法如圖3所示，將受體與供體的遺傳背景分別用縮寫(xiě)表示，其中，“.”表示同源或初期同源，回交到受體近交系≥5代，Tg表示轉(zhuǎn)基因(transgene)，括號(hào)內(nèi)表示轉(zhuǎn)入基因的啟動(dòng)子及基因，后面是篩選所需的細(xì)胞系及實(shí)驗(yàn)室代碼。如果使用轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)制備轉(zhuǎn)基因小鼠，那么命名時(shí)需要在Tg后面加上Tn(transposable element)，括號(hào)內(nèi)包括所使用的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)縮寫(xiě)及構(gòu)建的載體結(jié)構(gòu)，二者用“-”括連接，如B6.Cg-TgTn(sb-lacZ，GFP)IF2Jtak/JtakRbrc，其中，sb表示sleeping beauty[6]。

1.4 基因敲除/敲入模型

基因敲除/敲入是指通過(guò)一定的技術(shù)手段，將機(jī)體特定的基因失活、缺失或插入一定的外源性基因，通過(guò)同源重組，使新整合的基因獲得表達(dá)的技術(shù)?；蚯贸?敲入模型命名方法如圖4、5所示，其中，對(duì)于靶向修飾方式(上標(biāo))，tm(targeted mutation)表示通過(guò)ES細(xì)胞打靶獲得的品系，em(endonuclease-mediated mutation)表示通過(guò)TALENs或CRISPR/Cas9等核酸酶系統(tǒng)介導(dǎo)的基因修飾品系。

圖1 近交系及F1小鼠命名Figure 1 Nomenclature for inbred and F1 hybrid

圖2 自發(fā)或誘導(dǎo)突變模型動(dòng)物的命名Figure 2 Nomenclature for spontaneous or induced mutation models

圖3 轉(zhuǎn)基因模型命名Figure 3 Nomenclature for transgenic models

圖4 ES細(xì)胞打靶的基因/敲入模型命名Figure 4 Nomenclature for ES targeting/knock in models

圖5 核酸酶介導(dǎo)的基因/敲入模型命名Figure 5 Nomenclature for endonucleasemediated/knock in models

1.5 其他類型模型

由于模型動(dòng)物種類繁多，除了上述列舉類別外，還有其他類型的模型。由于其使用范圍相對(duì)較小，本文不再做介紹。

在模型動(dòng)物命名中，位于最后字母一般代表保存該品系的實(shí)驗(yàn)室，比如上述C57BL/6JNglylem9Lutzy/J小鼠，“J”，表示該品系為美國(guó)JAX實(shí)驗(yàn)室保存，而有的品名中，還有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室代碼，比如“Lutzy”表示該模型由Lutzy實(shí)驗(yàn)室原創(chuàng)，后來(lái)轉(zhuǎn)移或者捐贈(zèng)給JAX實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health，NIH)資助項(xiàng)目產(chǎn)生的模型資源，要求第三方資源庫(kù)保存資源，以便于后續(xù)研究者使用或者驗(yàn)證使用結(jié)果，捐贈(zèng)是美國(guó)JAX實(shí)驗(yàn)室獲得小鼠資源的重要渠道，故很多模型命名中含有原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室代碼，體現(xiàn)對(duì)原創(chuàng)者知識(shí)產(chǎn)權(quán)的尊重。下文中舉例本實(shí)驗(yàn)室自主構(gòu)建的部分模型，本單位即為模型構(gòu)建單位，又是模型資源保存單位，故命名中僅僅含有“NIFDC”字樣。

2 基因編輯鼠的一般簡(jiǎn)寫(xiě)方式

2.1 基因敲除

基因敲除分別用加減號(hào)上標(biāo)來(lái)表示野生型和突變型。KO(Knock out)純合子用Gene-/-表示，如P53-/-；雜合子用Gene+/-表示，如P53+/-；野生型對(duì)照用Gene+/-或者WT(wildtype)表示。

2.2 基因敲入

基因敲入的簡(jiǎn)寫(xiě)通常將敲入的原件寫(xiě)在上標(biāo)中，如Shh基因E177 A點(diǎn)突變雜合子為ShhE177A/+，如果Shh基因敲入報(bào)告基因或Cre重組酶基因，則可以寫(xiě)成ShhEGFP/+，或直接寫(xiě)成Shh-EGFP、Shh-Cre。

2.3 轉(zhuǎn)基因

轉(zhuǎn)基因一般直接寫(xiě)出表達(dá)的基因結(jié)構(gòu)。如Villin promoter驅(qū)動(dòng)EGFP報(bào)告基因的轉(zhuǎn)基因小鼠可以表示為Vil-EGFP。

2.4 條件性敲除

CKO(Conditional knock out)純合子用Geneflox/flox或Genefl/fl表示，雜合子用Geneflox/+或Genefl/+表示。如果與體內(nèi)廣泛表達(dá)Cre或生殖系表達(dá)Cre工具鼠交配后獲得的全身性敲除小鼠，那么可以按照敲除小鼠的規(guī)則簡(jiǎn)寫(xiě)。如果與組織特異性Cre小鼠交配，則可以寫(xiě)為Geneflox/flox；Cre。例如，Tlr5 flox小鼠分別與小腸上皮細(xì)胞(IEC)特異性Cre(Vil-Cre)、DC細(xì)胞特異性Cre(CD11c-Cre)交配的子代中發(fā)生基因敲除的純合子小鼠可以分別表示為T(mén)lr5flox/flox；Vil-Cre和Tlr5flox/flox；CD11c-Cre。或者也可以這樣表示:Tlr5ΔIEC和Tlr5ΔDC。

表1 不同類型模型命名舉例Table 1 Examples of different types of animal models

3 不同類型的模型命名舉例

為了更好的應(yīng)用命名規(guī)則，本文特列舉了部分不同類型模型的動(dòng)物模型，說(shuō)明其命名方法，具體如表1。表中所列模型多數(shù)為我們自建的模型，希望通過(guò)不同類型的動(dòng)物模型命名實(shí)例，使越來(lái)越多的科研工作者能夠熟知并了解模型，同時(shí)規(guī)范了模型的命名，將其更好地應(yīng)用于科研。

4 總結(jié)

在人類疾病的研究中，動(dòng)物模型在其中一直起著非常重要的作用，不同的模型用于研究某些特定的疾病。在實(shí)驗(yàn)中，除了遵循3R原則以外[13]，還必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x取合適的動(dòng)物模型。

此外，模型動(dòng)物的數(shù)量及類型不斷增加，必然會(huì)加大模型動(dòng)物的管理難度。合理規(guī)范的命名有利于簡(jiǎn)化管理，也有利于國(guó)際及國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室之間的交流。本文結(jié)合美國(guó)JAX的命名方法，以及自身工作經(jīng)驗(yàn)，分近交系/遠(yuǎn)交系、自發(fā)/誘導(dǎo)突變、轉(zhuǎn)基因鼠、基因敲除/敲入等四個(gè)主要類別進(jìn)行了命名規(guī)則的介紹，同時(shí)，還以本實(shí)驗(yàn)室自主建立的模型為例，闡明模型動(dòng)物的命名方法。對(duì)于其他更多種類的動(dòng)物模型，由于與模型構(gòu)建、使用中的規(guī)范化相關(guān)，因此在文中沒(méi)有詳細(xì)列出。在實(shí)際研究生產(chǎn)中，需要很多種基礎(chǔ)但又是模型動(dòng)物科學(xué)發(fā)展必不可少的工作，比如資源保存規(guī)范化，基因型鑒定的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化等。模型動(dòng)物模型的命名規(guī)范化作為基礎(chǔ)工作之一，也會(huì)隨著科技的進(jìn)步需要不斷更新，在此，我們把自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)，希望對(duì)同行有一定的參考價(jià)值，共同促進(jìn)模型動(dòng)物學(xué)科發(fā)展。