Gene-Targeting

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Als Gene-Targeting (englisch gene targeting, deutsch auch Gentargeting, gezielte Genmodifikation) wird in der Genetik eine Technik bezeichnet, die die homologe Rekombination ausnutzt, um ein endogenes Gen zu verändern. Die Methode kann verwendet werden, um Gene zu deletieren, Exons zu entfernen oder andere Genmutationen einzuführen. Gene-Targeting kann permanent sein und auch von gewissen Bedingungen abhängen. Die Bedingungen können zeitabhängig von dem Entwicklungsstadium, oder auch abhängig vom Gewebe sein. Dabei bedarf es der Schaffung eines spezifischen Vektors für jedes Gen, das in Frage kommt (Targeting-Vektor). Gene-Targeting kann für jedes Gen angewendet werden, unabhängig von der Transkriptionsaktivität oder der Gengröße. Mario R. Capecchi, Martin J. Evans und Oliver Smithies erhielten 2007 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin für ihre "Entdeckungen zu den Grundlagen zur Herbeiführung spezifischer Genmodifikationen in Mäusen mit Hilfe embryonaler Stammzellen“.[1]

Methode[Bearbeiten]

Gene-Targeting-Methoden hängen vom Modellorganismus ab. Bei Genen in Mäusen sind – grob gesprochen – folgende Schritte notwendig (siehe auch unter Knockout-Maus): die Schaffung eines Zielkonstrukts aus DNA, das innerhalb von Bakterien erzeugt wird – dieses enthält typischerweise einen Teil des Gens, das getroffen werden soll, ein Reportergen und einen selektierbaren Marker. Anschließend wird dieses Konstrukt in embryonale Stammzellen eingebracht, die in einer Zellkultur herangezogen werden. Nachdem die Zellen mit der richtigen Insertion ausgewählt worden sind, können sie verwendet werden, um zu dem Gewebe einer Maus beizutragen, indem sie einem Embryo injiziert werden. Schließlich werden chimäre Mäuse, bei denen die Fortpflanzungsorgane aus den modifizierten Zellen bestehen, zur Züchtung ausgewählt. Danach stützen sich die Zellen im Körper der Mäuse vollständig auf die zuvor ausgewählte embryonale Stammzelle.

Um Gene gezielt in Moosen zu verändern (siehe auch Knockout-Moos), wird dieses DNA-Konstrukt mit Protoplasten und mit Polyethylenglykol inkubiert. Da Moose haploide Organismen sind, können regenerierende Moosfilamente (Protonemen) direkt auf Gene-Targeting überprüft werden, so zum Beispiel innerhalb von nur 6 Wochen mithilfe von PCR-Methoden. Anders als bei Gefäßpflanzen ist dieses Verfahren der reversen Genetik bei dem Laubmoos Physcomitrella patens so effizient wie bei Hefen.[2]

Die Veränderung der DNA erfolgt z. B. durch das Cre/loxP-System oder durch das Flp/FRT-System (RMCE-Kassettenaustauschverfahren).

Vergleich mit Gene-Trapping[Bearbeiten]

Gene-Trapping beruht auf der zufälligen Integration einer veränderten Nukleotidsequenz ins Genom, während beim Gene-Targeting die veränderte Nukleotidsequenz in eine spezifische Region ins Genom integriert wird.

Literatur[Bearbeiten]

  • Jochen Graw (2007): Nobelpreis 2007 in Medizin: Herstellung von knockout-Mäusen. In: Biologie in unserer Zeit. 37(6):352-354. PDF

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 2007 an Mario Capecchi, Martin Evans und Oliver Smithies (englisch)
  2. Ralf Reski (1998): Physcomitrella and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. In: Trends in Plant Science. 3:209-210. doi:10.1016/S1360-1385(98)01257-6