Не смотря на использование большого числа маркеров, не было разработано системы, позволяющей повысить эффективность трансгенеза у сельскохозяйственных животных. Основные подходы, исполбзующиеся в настоящее время:

1.2 Использование ретровирусных векторов

Результативным способом переноса ДНК в эмбриональные линии животных является применение ретровирусных векторов.

Ретровирусы – семейство эукариотических вирусов, генетический материал которых представлен одноцепочечной РНК.

Вирусы состоят покрытых липопротеидной оболчкой вирусных частиц диаметром 70-120 нм и внутренней капсулы икосаэдрической формы, которая содержит две копии геномной РНК длиной 5-10 тысяч пар нуклеотидов в форме рибонуклеопротеида. Внешняя оболочка вируса является частью цитоплазматической мембраны клетки хозяина и представлена короткими гликопротеидами. Эндогенные ретровирусы являются хромосомными элементами и составляют до 1% ДНК в геноме человека [Tarusio Mantovani, 1998]. Эндогенные ретровирусы являются одной из разновидностей ретроэлементов, составляющих до 10% генома млекопитающих.

По своей способности инфицировать клетки хозяина ретровирусы подразделяются на экотропные и амфотропные. Экотропные вирусы способны реплицироваться в клетках только одного или нескольких близко родственных видов животных. Так, например, вирус лейкемии мыши (MLV) размножается только в клетках мыши и крысы. Амфотропные вирусы, наоборот, имеют широкий спектр хозяев и способны к размножению в клетках различных видов млекопитающих.

Геном всех способных к репликации ретровирусов устроен аналогичным образом и состоит из трех кодирующих регионов, которые, не смотря на то, что речь идет о последовательностях РНК, получили название генов. Ген gag кодирует белки капсида и вирусного кора. Ген pol кодирует вирусную реверсивную транскриптазу и другие связанные с вирусом нуклеазы. Ген env кодирует гликопротеиды в вирусной липидной оболочке.

Геномные РНК ретровирусов содержат на свох концах повторяющиеся последовательности, которые в зависимости от типа вируса имеют длину от 10 до 80 нуклеотидов. Они получили название R-сегментов. На 3' конце геномной РНК R-сегмента расположен регион U3 длиной 170-1250 нуклеотидов, а на 5' конце r-сегмента регион u5 длиной 80-100 нуклеотидов.При образовании ДНК-копии вирусного РНК-генома на концах молекулы происходят изменения: на 5' конце располагается сегмент U3, а на 5' – U5.Такие характерные для ДНК-формы ретровирусоа участки получили название LTR – длинных концевых повторов. LTR, расположенный на 5' конце несет очень сильный промотер, тогда как LTR на 3' конце содержит сигналы полиаденилирования РНК.

Инфекция начинается с взаимодействия ретровируса с клеточной мембраной и связывания поверхностного белка ретровируса (env) со специфическим белком-рецептором. Проникновение ретровируса в клетку происходит посредством микропиноцитоза. У одних вирусов кор, состоящий из белка gag, РНК-зависимой ДНК-полимеразы (реверсивной транскриптазы), интегразы и двух копий ретровирусной РНК, переносится в ядро, где и происходит транскрипция, а у других вирусов транскрипция осуществляется непосредственно в цитоплазме. Обратная транскрипция вирусной РНК в двухцепочечную ДНК осуществляется посредством фермента реверсивной транскриптазы, являющегося частью комплекса ферментов кора. В ходе транскрипции происходит дупликация последовательностей на 5' и 3' концах ретровируса. Если транскрипция имеет место в цитоплазме клетки, то двухцепочечная ДНК вируса транспортируется в ядро, где происходит ее циркуляция с последующей интеграцией одной или нескольких копий в геном клетки. Такая интегрированная ДНК клетки хозяина форма существования вирусного генома получила название провируса. Шаги жизненного цикла ретровирусов.

Для интеграции необходимо наличие на обоих концах ДНК 9 пар оснований, которые узнаются и отщепляются закодированной в вирусе специфической интегразой, являющейся частью комплекса ферментов кора. Процессу интеграции всегда предшествует отщепление двух пар оснований на обоих концах провируса и удвоение 3-6 пар оснований (в зависимости от типа вируса) последовательности ДНК клетки хозяина. Хотя интеграция в геном клетки хозяина не является специфической, следует отметить, что места интеграции часто располагаются в транскрипционно активных участках ДНК. Если происходит интеграция в геном генеративных клеток, то ретровирусы передаются по наследству потомству. В этом случае речь ведут об эндогенных ретровирусах.

Интегрированная вирусная ДНК транскрибируется с помощью РНК-полимеразы клетки-хозяина и трансляцируется как и другие клеточные гены.

Образующиеся в ходе транскрипции продукты являются идентичными вирусной РНК. Все транскрипты содержат на 5 конце кэп-сайт, а на 3' конце участок полиаденилирования. Такие РНК служат материалом для синтеза белков капсида и вирусного кора, а также белков обратной транскриптазы Эти белки образуют с геномной РНК вируса комлексы-коры, после чего вирусные частицы покидают клетку через цитоплазматическую мембрану. При этом кор берет с собой часть мембраны клетки хозяина, из которой образует оболочку. Интеграция вирусных частиц в геном клетки хозяина происходит только в митотически активные клетки.

Инфицирование клеток ретровирусами чаше всего не сказывается на их жизнедеятельности. Однако если интеграция провируса произошла вблизи клеточных протоонкогенов, то возможна их активация и, как следствие, гибель клеток. Нарушение жизнеспособности клеток .может иметь место и в том случае интегрирации провируса в действующий клеточный ген (например, опухолевые гены-супрессоры).

Наиболее часто используемыми ретровирусными векторами являюти векторы на основе ретровирусов мыши типа С (вирус лейкемии мыши) Такие векторные системы состоят из двух компонентов: векторнов конструкции и линии клеток-упаковщиц.

В векторной конструкции (провирусная ДНК) гены, кодируюрущие структурные белки ретровируса (gag, pol, env),замешают другими интересующими генами (генами β- галактозидазы и устойчивости к неомицину). Источником структурных белков является клеточная линия, содержащая интегрированный в геном провирус.

Данный провирус модифицируют таким образом, что у него отсутствует сигнал узнавания ψ, необходимый для упаковки вирусной РНК. Таким образом, транскрибируемая вирусная РНК не может быть упакована в вирусные частицы.

РНК векторной конструкции, наоборот, содержит сигнал узнавания ψ и поэтому может быть упакована в рибонуклеопротеидный комплекс. Таким образом, происходит формирование инфекционных вирусных частиц, содержащих информацию ретровирусного вектора и переносящих ее в инфицируемые клетки. Однако такие вирусные частицы не способны к образованию новых вирусов, так как в инфицируемой клеточной линии отсутствует генетическая информация о структурных белках, необходимых для формирования вирусных частиц.

Необходимыми составными частями векторной конструкции являются 5' и 3' LTR, а так же сигнал упаковки, расположенный "вниз по течению" от 5' UTR. Экспрессия трансгена направляется промотором и энхансером 5' UTR или альтернативными вирусными или клеточными промотерами (например, вирус саркомы Рауса, тирозин, α-казеин). Впервые присутствие вирусной ДНК в клетках взрослых мышей установлено в 1974 году. Ретровирусные векторы могут служить альтернативой для эффективного транспорта генов у сельскохозяйственных животных. Инфекция зигот или предимплантационных эмбрионов в большинстве случаев приводит к получению трансгенных животных-мозаиков. Объяснением этому служить то, что интеграция происходит только в том случае, если клетка вступает в митоз после предварительной репликации ДНК. Все потомки, родившиеся из инфицированных ооцитов, были трансгенными {табл. 1). Не смотря на ограниченное число полученных трансгенных животных, были доказаны передача трансгена по наследству и экспрессия рекомбинантного продукта.