Knockout mouse; transgenic mouse; genetically engineered mouse (GEM)

Knockout (KO) mouse

1987~89년에는 Martin Evans와 Oliver Smithies, 그 리고 Mario Capecchi는 특정 타겟 유전자를 embryonic stem cell에서 기능을 못하게 함으로써 최초의 knockout mouse를 제작하였다. 이들은 그 후 수천 종의 knockout mouse 생산에 사용된 이 기술의 발명에 대한 공헌으로 2001년 Lasker Award를 수상하였고, 그 후 2007년 Nobel Prize를 수상하였다. 

International Mouse Phenotype Consortium (IMPC)

이렇게 마우스의 유전체를 변형시켜 새로운 생명체를 만든다는 것은 의생명과학의 발전에 매우 중요하다는 것이 매우 잘 인식되었지만, 그 기술이 너무 오래 걸리고, 경제적이지 못하며, 매우 섬세하고 어려운 과정을 거친다. 그러므로 이를 해결하기 위한 과학자들의 모임이 생겨났다. 마우 스의 모든 유전자를 embryonic stem cell에서 knockout 하여 전세계의 모든 과학자들에게 공급하겠다는 그룹이 나타난 것이다. 2004년 미국을 중심으로 한 Knockout Mouse Project (KOMP)와 유럽을 중심으로 한 European Conditional Mouse Mutagenesis (EUCOMM) Program 이 발족되었고, 그 즈음 retrovirus를 이용한 International Gene Trap Consortium (IGTC)도 나타났고, 그 후 이들이 모두 함께 International Knockout Mouse Consortium 으로 연합하였으며, 최근에는 International Mouse Phenotype Consortium (IMPC)으로 진화하였다. 우리나 라도 2012년 IMPC에 가입하여 회원국으로서의 중요한 과 제를 수행하고 있다.

Conditional knockout (KO) mouse [Cre-loxP]

전체 마우스 유전자를 knockout 시키는 전세계적인 추 세와 별개로 1992년 Cre-LoxP system이 등장하면서 특 정 promoter와 Cre recombinase, 그리고 LoxP sequence를 이용한 conditional knockout이 가능하게 되었다(Gu, Zou, Rajewsky. Cell 1993). 이제 과학자들은 원하는 발생 단계, 원하는 조직이나 특정 cell type에서만 특정 유전자의 발현을 조절할 수 있게 되었다

Genome editing

특히 최근 3년간은 genome engineering 분야에 있 어서 혁명적인 발견과 발전이 이루어지고 있다. 그것은 zinc-finger nuclease의 발견과 이를 이용한 artificial endonuclease의 개발로부터 시작되었다. 이보다 더 효율적 이며 off-target effect도 적은 TALEN이 곧이어 등장하였으며, 이를 이용한 각 생명체에서의 knockout이 진행되었다. 2013년에는 또다시 이들을 대체하게 된 CRISPR/Cas9이라는 새로운 endonuclase가 발표되었고, 이는 의생명과학 뿐아니라 심지어 농축산, 의약품개발, 등 가히 모든 생명과학분야 에 영향을 주고 있다. 이 기술이 등장함으로써 knockout mouse, knockin mouse, conditional KO mouse의 생산 위하여 embryonic stem cell을 점점 이용하지 않게 될 것 이고, 이러한 in vivo mouse 모델을 제작하는 속도가 매우 가속화되고 있다.

Mouse ES cells (embryonic stem cells)

C57BL/6 (C57 black 6): 근친계교배를 한 연구용 생쥐 계통이다. 주로 인간의 유전적 질병의 원인 및 분석을 위해 모형을 사용된다. 유사유전자형 생쥐이고, 쉽게 번식하며, 건장하기 때문에 제일 많이 사용되는 생쥐 계통이다

• C57BL/6J: JAX lab breeding
• C57BL/6N: NIH breeding

villin 1: a protein in humans encoded by VIL1 gene

vil1-cre (villin-cre) mice: express Cre recombinase in villus and crypt epithelial cells of the small and large intestines and may be useful in studies of intestinal organogenesis.

conditional mutant: 

e.g. in "floxed (to sandwich a DNA sequence between two recombinase binding sequences such as loxP)" allele of Apc (Apc^CKO), exon 14 of the Apc gene is flanked by LoxP sites. Upon Cre mediated excision of exon 14, a truncated protein (Apc^D580) can be formed.