第 260 期

學術交流
基因改良小鼠之繁殖育種及管理研習會記事
Report on Mice Colony Set-up and Breeding Strategies Workshop

摘要
美國 Jackson 實驗室為以小鼠進行人類疾病模式之獨立研究機構，該機構不僅聚焦於小鼠基因研究、近親及特殊品系小鼠的供應，更提供各類研究相關的教育訓練課程。筆者於2008年2月17-19日赴美 Scripps Research Institute 參加 Jackson 實驗室舉辦之研習課程，主要研習內容為基因改良小鼠之繁殖育種及管理，從介紹基因改良動物之產製起，到各種不同性質的小鼠繁殖育種方法、動物健康監測之重要性、到 Jackson 實驗室研發的線上小鼠管理電腦軟體系統等，以Jackson 實驗室數十年的經驗為基礎，配合各部門的專家，授與了一場實用又專業的實驗動物管理課程。

會議過程與心得
由Jackson Laboratory的Dr. John Macauley揭開序幕：Back to the Future - From Fancy Mice to Mendel: A Mouse Genetics Primer。從孟德爾定律介紹起，以及為什麼使用小鼠作為人類疾病模式之基因研究等，對於接下來的課程作一全面性簡介。

近幾年來對小鼠遺傳性質的了解逐漸增加，且透過各種基因改良技術產製出不同層次的特殊品系，過去使用簡單的命名法無法滿足研究需求。目前小鼠命名，由2001年起依照International Mouse Nomenclature Committee, MGD Nomenclature Committee 兩個委員會統一制定一套標準命名準則。
參考網站及資料如下
http://www.informatics.jax.org/nomen/
http://jaxmice.jax.org/
http://jaxmice.jax.org/nomenclature.html（教學互動網站）
http://rgd.mcw.edu/nomen_rules.html
如對產製的基因改良鼠的命名有任何問題，亦可向JAX尋求協助:
nomen@informatics.jax.org

名詞解釋
代表繁殖基因改良鼠世代的字句
F：兄妹交配的代數（intercross）
N：反交至背景純品係小鼠的代數（backcross）
例如：N10F5為兄妹交配5代後，又反交配至背景品系小鼠10代。



第一代雜交品系（F1 hybrid）命名
B6D2F1/J：母C57BL/6JX公DBA/2J。
優點：雜交優勢（hybrid vigor），基因型和表現型一致，可接受父母各方的組織移植；
缺點：無法永續保種。

第二代雜交品系（F2 hybrid）命名
B6129SF2：母C57BL/6JX公129S3/Sv1mJ=B6129SF1/J，
再B6129SF1/J X B6129SF1/J
B6129PF2：母C57BL/6J-Aw- jX公129P3/J=B6129PF1/J-Aw-jAw，
再 B6129PF1/J-Aw-jAw X B6129PF1/J-Aw-jAw。
優點：出生小鼠擁有父母鼠各半的基因，雜交優勢（hybrid vigor）；
缺點：基因型和表現型不一致，無法接受父母各方的組織移植。

基因改良動物的命名
由 Nomenclature Committee of the Mouse Genome Informatics (MGI) Group 指定，參考：http://www.informatics.jax.org
基因標示為斜體字，短句，例如Lepob, Lep 表示基因，ob 表示Allele。

自發性突變鼠（Spontaneous Mutation Mice）
如Type II Diabetes(NIDDM): 129P3/J-Leprdb-3J, 表示Lepr 基因呈現 point mutation。

同源近親品系（Congenic Strains）
將小鼠重複反交回原背景品系（Recipient strain），用來篩選donor的特殊標的基因。反交至少要10代（N10），背景品系與donor品系之間以句點標示。
例如: B6.129-XXXxxx。

基因轉殖鼠
C57BL/6Tg(ACTb-EGFP)1Osb/J: C57BL/6 是背景品系，Tg是基因轉殖，(ACTB-EGFP)是insert designation: promoter 是 β actin, gene: Enhanced Green Fluorescent Protein, 1 是founder number, Osb是實驗室註冊的代碼（ ILAR Lab Code），J是 JAX實驗室。
不同的基因改良方法有不同的命名標準，相關網站可提供完整的資訊。http://jaxmice.jax.org/nomenclature.html

建置小鼠繁殖族群及繁殖策略時，完整的資料記錄及保存是維持繁殖族群最重要的因素。動物的標示、不同顏色紀錄卡的設計、避免毛色相同或基因名稱相似的動物放置一起等，都是現場工作人員必須注意的事項。動物房內可準備「繁殖用卡片」、「離乳用卡片」、「族譜紀錄表」，將每一種品系動物完整的記錄下來。另外Colony Management 電腦軟體亦普遍使用於具規模的實驗動物設施及實驗室。
http://www.jax.org/jcms/index.html
http://www.jax.org/jcms/turtorials.html
Locus Technologies- FACILITY Locus Technologies-FACILITY
Topaz-GRANITE Topaz-GRANITE
Progeny Progeny

另外在動物個體的標記方面，參考方法有：

Tattoo AIMS Inc.
Micro-chip Implant Bio Media Data Systems Inc.
如需進一步資料，可連接相關網頁查詢。

在維持小鼠繁殖族群時，需評估及分析小鼠的各種生理性狀及生長表現，包括預期中的基因型genotype（孟德爾定律）、表現型phenotype、生產胎數、生產頻率、行為的變化等。如在繁殖中出現異常短、彎曲的尾巴，應評估是signal neural tube缺陷造成的還是因鐵蓋造成的傷害？ 如出現體型嬌小的老鼠，應評估是內分泌異常造成的還是只因體型短小？這種明辨基因突變還是偏差為現場工作者及研究人員的重要課題。

繁殖過程中亦需評估任何疾病或表現型 phenotype 出現的可能，包括粗糙的皮毛、食慾降低、拱背、腫塊、脫肛等，以利早期鑑定診斷及處置。

長遠計畫小鼠的繁殖族群時，需每10個世代進行繁殖族群的換種，依據實驗需求購買Pedigreed Identified Pairs（PIPs），Non-Pedigreed Sibling Pairs，或者Non-Pedigreed Non-Sibling Pairs。並保留核心種源Foundation Stock，以降低繁殖世代及消耗的時間。機構內部需建立Genetic Quality Control Programs，利用SNPs、SSLPs、生物標記等方法，排除自發性突變的小鼠。必要時定期進行特殊基因型動物的胚冷凍，以解救老鼠在繁殖過程出現基因型消失的問題。

在決定繁殖策略時，需先思考：
1. 我們擁有的是什麼樣的老鼠？
2. 我們想要什麼？
3. 什麼是我們可以確認/辨別的？（基因型/表現型）
4. 需考慮的變數有哪些？（X-linked gene、multiple genes、lethality）

參考網站：
JAX Mice Website
提供Strain Datasheets（非常有用的資料庫，提供各種不同品系小鼠的差異性及獨特性）、Animal Health Report、Genetic Quality Control Reports、Frequently Asked Questions、Mouse Model Lists。

Database
提供Mouse Genome Databases、Gene Expression Databases、Mouse Tumor Biology Prototype Databases、Festing’s Inbred Strain Characteristics。
Repository Databases- MMRRC，MMHCC，EMMA

基因改良鼠常用的繁殖方法有：
1. Homozygous公 X Homozygous母
2. Homozygous公 X Wild type母
3. Heterozygous公X Heterozygous母
4. Heterozygous公X Wild type母
5. Back cross to Congenic Strain
6. Assisted Breeding（卵巢移植、體外授精IVF）
7. 其他（Heterozygous X Homozygous、F1 hybrid X Hemizygous…）

繁殖策略中注意事項：
1. 青壯期老鼠即開始交配（6-12周齡）
2. 定期輪替交配（每週或每月）
3. 保持完整紀錄
4. 無法生育之種鼠立刻淘汰
5. 記錄並評估所有可能的偏差
6. 了解其基因表現型，以決定最有效的繁殖策略
7. 謹慎篩選種鼠

結語
動物實驗在上世紀對科學及醫學進步扮演重要的角色，大多數的生物醫學進步是依據動物實驗所獲得的結果。動物實驗不僅提供我們科學的知識，預防並治療人類及動物的各種疾病，使得人類及動物免於病痛之苦，更大大提昇我們生活的品質及延長壽命。近年來更因人類基因解碼及遺傳工程技術的進步，生產了許多和人類疾病相仿的模式動物，提供醫學研究及藥物試驗更多的機會，也使許多疾病出現治癒的希望。而為了因應日益茁壯的實驗動物研究領域，研究人員投入無數人力及空間來進行分析、育種，以逐步進行疾病解碼。

本次參加 Jackson實驗室舉辦之研習課程，深深了解基因改良動物之多樣性及多元性，以及龐大的人力及財力的投入。目前國衛院在研究人員不斷研發及繁衍新的技術及基因鼠的情況下，飼養空間的不足似乎將成為未來必須面對的問題。如何最有效地進行保種計畫、老鼠胚胎及精子的冷凍服務、基因改良鼠的分享機制等，皆為日後大家共同努力的課題。
《文：實驗動物中心周京玉獸醫師；圖：編輯中心》