Chuột biến đổi gen là công cụ sinh học vô giá trong nghiên cứu y sinh. Sự phát triển của cả chuột chuyển gen và chuột đột biến có mục tiêu đã cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu chức năng gen trong bối cảnh của một cơ thể động vật có vú hoàn chỉnh. Tuy nhiên, những nghiên cứu này có những hạn chế. Ví dụ, việc xóa một gen cần thiết trong quá trình phát triển phôi thường dẫn đến chết phôi hoặc chu sinh, khiến việc nghiên cứu các tác động của việc loại bỏ gen ở các độ tuổi phát triển sau này là không thể.
Ngoài ra, việc biểu hiện quá mức không được kiểm soát của các sản phẩm gen chuyển gen có thể gây ra các tác dụng sinh lý hoặc độc hại không mong muốn. Sự phát triển của các hệ thống biểu hiện có thể gây ra đã cho phép các nhà nghiên cứu khắc phục một số vấn đề liên quan đến các nghiên cứu chuyển gen và đột biến có mục tiêu.
Hệ thống biểu hiện Tet-Off và Tet-On là các hệ thống chuyển gen nhị phân, trong đó biểu hiện từ một gen chuyển mục tiêu phụ thuộc vào hoạt động của một chất hoạt hóa phiên mã có thể gây ra. Trong cả hai hệ thống Tet-Off và Tet-On, biểu hiện của chất hoạt hóa phiên mã có thể được điều chỉnh cả thuận nghịch và định lượng bằng cách cho động vật chuyển gen tiếp xúc với các nồng độ khác nhau của tetracycline (Tc) hoặc các dẫn xuất Tc như doxycycline (Dox).
Hệ thống Tet-Off và Tet-On bổ sung cho nhau và quyết định chọn hệ thống nào tùy thuộc vào chiến lược thử nghiệm cụ thể. Trong hệ thống Tet-Off, phiên mã không hoạt động khi có Tc hoặc Dox; ngược lại, trong hệ thống Tet-On, phiên mã hoạt động khi có Dox. (Tet-On phản ứng kém với Tc.) Điều này đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu các ảnh hưởng của các gen cụ thể “On Tet” hoặc “off Tet” trong các mô hình bệnh.
Hệ thống biểu hiện Tet-Off
Trong hệ thống biểu hiện Tet-Off, một protein transactivator được kiểm soát bằng tetracycline (tTA), bao gồm protein liên kết DNA Tet repressor (TetR) từ operon kháng Tc của transposon Tn10 Escherichia coli hợp nhất với miền chuyển hóa mạnh của VP16 từ virus Herpes simplex, điều chỉnh biểu hiện của một gen mục tiêu nằm dưới sự kiểm soát phiên mã của một yếu tố promoter đáp ứng tetracycline (TRE).
TRE được tạo thành từ các concatemers trình tự Tet operator (tetO) hợp nhất với một promoter tối thiểu, (thường là trình tự promoter tối thiểu có nguồn gốc từ promoter đầu sớm ngay lập tức của cytomegalovirus (hCMV) ở người). Khi không có Tc hoặc Dox, tTA liên kết với TRE và kích hoạt phiên mã của gen mục tiêu. Khi có Tc hoặc Dox, tTA không thể liên kết với TRE và biểu hiện từ gen mục tiêu vẫn không hoạt động.
Hệ thống biểu hiện Tet-On
Hệ thống Tet-On dựa trên một transactivator được kiểm soát bằng tetracycline ngược,rtTA. Giống như tTA, rtTA là một protein hợp nhất bao gồm TetR repressor và miền transactivation VP16; tuy nhiên, một thay đổi bốn axit amin trong phần liên kết DNA tetR làm thay đổi các đặc tính liên kết của rtTA sao cho nó chỉ có thể nhận ra các trình tự tetO trong TRE của gen chuyển mục tiêu khi có mặt chất hiệu ứng Dox. Do đó, trong hệ thống Tet-On, phiên mã của gen mục tiêu được điều chỉnh bởi TRE được kích thích bởi rtTA chỉ khi có Dox. Việc nghiên cứu biểu hiện gen “on Tet” cho phép các nhà khoa học kiểm soát chặt chẽ thời điểm và mức độ biểu hiện gen.
Thiết kế hai vector của hệ thống Tet-Off và Tet-On cho phép các promoter đặc hiệu cho mô điều khiển biểu hiện tTA hoặc rtTA, dẫn đến biểu hiện đặc hiệu cho mô của gen chuyển mục tiêu được điều chỉnh bởi TRE. Hơn nữa, khả năng điều chỉnh chặt chẽ mức độ hoạt động của rtTA và tTA cho phép nhà nghiên cứu điều chỉnh sự kích hoạt của gen mục tiêu cả về định lượng và thời gian. Điều này đặc biệt hữu ích để nghiên cứu các quá trình phát triển hoặc bệnh tật, nơi thời gian biểu hiện gen rất quan trọng.
Lưu ý quan trọng: biểu hiện của một gen chuyển được điều chỉnh bởi TRE cũng có thể bị ảnh hưởng bởi vị trí chèn nhiễm sắc thể của nó. Do đó, việc lựa chọn dòng chuột phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo kết quả nhất quán.