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<!DOCTYPE html>

<title>Knockout-Maus</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Knockout-Maus</span></h1>

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</div>

<p>Eine <b>Knockout-Maus</b> (<a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">engl.</a> <i><span lang="en">knockout</span></i> „außer Gefecht setzen“) oder <b>K.-o.-Maus</b> ist eine <a href="Hausmaus" title="Hausmaus">Maus</a> (<i>Mus musculus</i>), bei der mittels einer genetischen Manipulation (<a href="Gene-Targeting" title="Gene-Targeting">Gene-Targeting</a>) gezielt ein oder mehrere <a href="Gen" title="Gen">Gene</a> deaktiviert wurden (<a href="Gen-Knockout" title="Gen-Knockout">Gen-Knockout</a>). Diese Manipulation geschieht an den embryonalen <a href="Stammzelle" title="Stammzelle">Stammzellen</a> (von Mäusen), die dann in die <a href="Keimbahn" title="Keimbahn">Keimbahn</a> einer Maus eingebracht werden. Es gibt inzwischen Knockout-Mäuse für die unterschiedlichsten Forschungsgebiete. Mit Hilfe der genetisch veränderten Tiere können beispielsweise biologische Mechanismen untersucht werden. Außerdem eignen sie sich als <a href="Tiermodell" class="mw-redirect" title="Tiermodell">Modelle</a> für menschliche Erkrankungen und für pharmakologische Fragestellungen.

</p><p>Für ihre Arbeiten an Knockout-Mäusen wurde der <a href="Nobelpreis_f%C3%BCr_Physiologie_oder_Medizin" title="Nobelpreis für Physiologie oder Medizin">Nobelpreis für Physiologie oder Medizin</a> 2007 an <a href="Martin_Evans" title="Martin Evans">Martin Evans</a>, <a href="Mario_Capecchi" title="Mario Capecchi">Mario Capecchi</a> und <a href="Oliver_Smithies" title="Oliver Smithies">Oliver Smithies</a> vergeben.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Methode">Methode</h2></div>

<p>Aus <a href="Blastozyste" class="mw-redirect" title="Blastozyste">Blastozysten</a> eines <a href="Inzucht" title="Inzucht">Inzucht</a>mäusestamms werden embryonale Stammzellen entnommen und <i><a href="In_vitro" title="In vitro">in vitro</a></i> vermehrt.

Nun wird ein <a href="Inaktivierungsvektor" class="mw-redirect" title="Inaktivierungsvektor">Inaktivierungsvektor</a> durch <a href="Elektroporation" title="Elektroporation">Elektroporation</a>, <a href="Mikroinjektion" class="mw-redirect" title="Mikroinjektion">Mikroinjektion</a> oder ein anderes geeignetes Verfahren in die noch undifferenzierten Stammzellen übertragen. Der Inaktivierungsvektor wird künstlich hergestellt und besteht aus dem zu inaktivierenden Gen, das eine <a href="Mutation" title="Mutation">Mutation</a> trägt, so dass es nicht mehr transkribiert werden kann, bzw. das entstehende Protein inaktiv ist. Der Austausch zwischen den DNA-Abschnitten erfolgt durch <a href="Homologe_Rekombination" class="mw-redirect" title="Homologe Rekombination">homologe Rekombination</a>.

Bei der homologen Rekombination lagern sich die benachbarten Abschnitte des Gens auf dem Vektor an die gleiche Stelle im Maus-<a href="Genom" title="Genom">Genom</a> und werden in manchen Fällen <a href="Rekombination_(Genetik)" title="Rekombination (Genetik)">rekombiniert</a>.

</p><p>In der Regel wird der Sequenz noch ein positiver <a href="Marker_(Genetik)" title="Marker (Genetik)">Marker</a> angehängt. Meist wählt man hier ein Neomycinresistenzgen. Dadurch hat man die Möglichkeit, später durch Gabe von <a href="Neomycin" title="Neomycin">Neomycin</a> (ein <a href="Antibiotikum" title="Antibiotikum">Antibiotikum</a>) zu sehen, welche Zellen die Sequenz eingebaut haben und welche nicht. Nur Zellen mit der Neomycinresistenz überleben.

</p><p>Um zu testen, ob der Einbau an der richtigen Stelle im Maus-Genom erfolgt ist, wird als Marker das Gen für die <a href="Thymidinkinase" title="Thymidinkinase">Thymidinkinase</a> (HSV-tk) des <a href="Herpes-simplex-Virus" class="mw-redirect" title="Herpes-simplex-Virus">Herpes-simplex-Virus</a> (HSV) verwendet. Bei einer anschließenden Behandlung mit <a href="Ganciclovir" title="Ganciclovir">Ganciclovir</a> (ein Virostatikum) wird im Fall einer Integration der HSV-tk-Kassette ein Produkt gebildet, welches die <a href="Replikation" title="Replikation">Replikation</a> der Zellen hemmt. Zur Integration kommt es durch die ungezielte Rekombination, da die Selektionskassette das Homologiekonstrukt flankiert aber nicht bei der homologen Rekombination. Nach homologer Rekombination überleben die Zellen die Behandlung mit Ganciclovir. Damit ist sichergestellt, dass der Einbau an einer definierten Stelle passiert ist.

</p><p>Die rekombinierten Stammzellen werden in eine <a href="Blastozyste" class="mw-redirect" title="Blastozyste">Blastozyste</a> eingesetzt, die wiederum einer vorbehandelten Empfängermaus eingepflanzt wird. In der Leihmutter entwickeln sich dann gemischtzellige Tiere (<a href="Chim%C3%A4re_(Genetik)" title="Chimäre (Genetik)">Chimären</a>). Durch Rückkreuzung gegen den <a href="Wildtyp" title="Wildtyp">Wildtyp</a> können die <a href="Heterozygotie" title="Heterozygotie">heterozygoten</a> Tiere herausgefiltert werden. Durch <a href="Kreuzung_(Genetik)" title="Kreuzung (Genetik)">Kreuzungen</a> erhält man <a href="Homozygotie" title="Homozygotie">homozygote</a> Tiere, bei denen also das gewünschte Gen in allen Zellen zerstört – <i>ausgeknockt</i> ist.

</p><p>In der heute gängigen Anwendung wird das <a href="Cre/loxP-System" title="Cre/loxP-System">Cre/loxP-System</a> genutzt. In einem ersten Schritt werden <i>loxP</i>-<a href="DNA-Sequenz" class="mw-redirect" title="DNA-Sequenz">DNA-Sequenzen</a> mittels homologer Rekombination eingebracht. In der Regel werden diese, um die <a href="Genexpression" title="Genexpression">Genexpression</a> nicht zu stören, in <a href="Intron" title="Intron">Introns</a> inseriert, die die zu deletierenden Exons flankieren. Die so veränderten Tiere werden im nächsten Schritt mit einer Maus verpaart, die als <a href="Transgen" class="mw-redirect" title="Transgen">Transgen</a> die Cre-Rekombinase exprimiert. So ist es möglich, gewebs- und entwicklungsspezifische Deletionen zu erzeugen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit die Neomycin-Kassette schon in den embryonalen Stammzellen zu deletieren. Die Neomycinkassete interferriert häufig mit der Expression benachbarter Gene.<sup id="cite_ref-PMID24467187_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-PMID24467187-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die Methode selbst hat sich dahin gewandelt, dass die Manipulation ohne vorherige Selektion rekombinanter Zellen direkt in der befruchteten Eizelle durchgeführt werden kann. Dies wurde durch die Entwicklung molekularer Genscheren, wie <a href="Transcription_Activator-like_Effector_Nuclease" title="Transcription Activator-like Effector Nuclease">Transcription Activator-like Effector Nucleases</a> und <a href="Zinkfingernuklease" class="mw-redirect" title="Zinkfingernuklease">Zinkfingernukleasen</a>, insbesondere aber die <a href="CRISPR/Cas-Methode" title="CRISPR/Cas-Methode">CRISPR/Cas-Methode</a> möglich. Durch das CRISPR/Cas-System konnte die Herstellungszeit von Knockout-Mäusen erheblich verkürzt werden.<sup id="cite_ref-pmid23643243_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-pmid23643243-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiele">Beispiele</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="BSE-resistente_Mäuse"><span id="BSE-resistente_M.C3.A4use"></span>BSE-resistente Mäuse</h3></div>

<p>Um die Theorie des späteren Nobelpreisträgers <a href="Stanley_Prusiner" title="Stanley Prusiner">Stanley Prusiner</a> zu bestätigen, wonach Krankheiten wie <a href="Bovine_spongiforme_Enzephalopathie" title="Bovine spongiforme Enzephalopathie">Bovine spongiforme Enzephalopathie</a> (BSE), <a href="Creutzfeldt-Jakob-Krankheit" title="Creutzfeldt-Jakob-Krankheit">Creutzfeldt-Jakob-Krankheit</a> u. a. durch körpereigene Proteine, die sog. <a href="Prion" title="Prion">Prionen</a> bzw. deren veränderte Formen, verursacht werden, wurde von <a href="Charles_Weissmann" title="Charles Weissmann">Charles Weissmann</a> in Zürich eine Knockout-Maus mit defektem Prion-Gen erzeugt (<i>PrP</i><sup>−</sup>/<i>PrP</i><sup>−</sup>). Obwohl das Prionprotein im Gehirn normaler Mäuse vorhanden ist, scheinen die Knockout-Mäuse ohne das <i>Prp</i>-Genprodukt voll lebensfähig zu sein. Diese Knockout-Mäuse sind aber gegenüber der Infektion mit sonst tödlichen Prionen resistent, so dass sich daraus die Möglichkeit ergibt, z. B. auch Rinder mit der Resistenz gegen Rinderwahnsinn zu züchten.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Biologische_Mechanismen">Biologische Mechanismen</h3></div>

<p>In der <a href="Chronobiologie" title="Chronobiologie">Chronobiologie</a> werden Knockout-Mäuse benutzt, um die molekularen Mechanismen, die hinter der <a href="Circadiane_Rhythmik" title="Circadiane Rhythmik">circadianen Rhythmik</a> stehen, zu verstehen. Durch das gezielte Ausschalten bestimmter Gene und somit ihrer <a href="Genexpression" title="Genexpression">Expression</a> lässt sich anhand von tagesrhythmischen Verhaltensänderungen der Mäuse festmachen, welchen Platz diese Gene und die durch sie codierten Proteine bei der circadianen Rhythmik einnehmen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Medizin">Medizin</h3></div>

<p>Bei vielen menschlichen <a href="Krankheit" title="Krankheit">Krankheiten</a> ist der Hintergrund eine gestörte Genfunktion. Die Knockout-Mäuse sind hier ein ideales Krankheitsmodell.

Durch die Möglichkeit, Knockout-Mäuse schnell zu züchten, ist es möglich, ein Tiermodell zur Verfügung zu haben, um Aussagen über die Rolle bestimmter Gene bei Krankheiten und ihren Behandlungen machen zu können. Problematisch ist dabei allerdings immer die Übertragbarkeit der Ergebnisse.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Kritik">Kritik</h2></div>

<p>Neben dem Nutzen für die Forschung ist das Knock-out-Verfahren auch Gegenstand der Kritik, da es per Definition an <a href="Tierversuch" title="Tierversuch">Tierversuche</a> gebunden ist. Eine ausführlichere Diskussion über die ethischen Kritikpunkte siehe dort.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Nacktmaus" title="Nacktmaus">Nacktmaus</a></li>

<li><a href="Leuchtkaninchen" title="Leuchtkaninchen">Leuchtkaninchen</a></li>

<li><a href="Knockout-Moos" title="Knockout-Moos">Knockout-Moos</a></li>

<li><a href="Transgener_Organismus" class="mw-redirect" title="Transgener Organismus">Transgener Organismus</a></li>

<li><a href="Gene-Targeting" title="Gene-Targeting">Gene-Targeting</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Jochen Graw (2007): <i>Nobelpreis 2007 in Medizin: Herstellung von knockout-Mäusen.</i> In: <i>Biologie in unserer Zeit.</i> 37(6):352-354. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.wiley-vch.de/vch/journals/2008/pdf/2007_6/352_a.pdf">PDF</a></li>

<li>Braun, R. & Willnow, E. (1996): <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.aerzteblatt.de/archiv/die-knockout-maus-als-krankheitsmodell-prinzipien-und-klinische-relevanz-d1275cb6-3c8c-446d-8ebe-9d4fcd85b0f6"><i>Die Knockout-Maus als Krankheitsmodell: Prinzipien und klinische Relevanz.</i></a> In: <i>Deutsches Ärzteblatt.</i> Bd. 93, Nr. 26, S. 1765.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.heise.de/tp/features/Laenger-leben-dank-der-Knockout-Maus-3428165.html">Länger leben dank der Knockout-Maus.</a> Telepolis vom 26. Januar 2003.</li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.spektrum.de/artikel/907213&_z=798888">Nobelpreise 2007 – Kooperativer Genausfall-Einfall.</a> Spektrumdirekt vom 8. Oktober 2007.</li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.bio.davidson.edu/Courses/genomics/method/homolrecomb.html">Homologe Rekombination Methode und Knockout Mäuse</a> (englisch)</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2007/summary/">Informationen</a> der <a href="Nobelpreis" title="Nobelpreis">Nobelstiftung</a> zur Preisverleihung 2007 an Martin Evans, Mario Capecchi und Oliver Smithies (englisch)</span>

</li>

<li id="cite_note-PMID24467187-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-PMID24467187_2-0">↑</a></span> <span class="reference-text">K. Rana, M. V. Clarke, J. D. Zajac, R. A. Davey, H. E. MacLean: <i>Normal phenotype in conditional androgen receptor (AR) exon 3-floxed neomycin-negative male mice.</i> In: <i>Endocr. Res.</i> Band 39, Nummer 3, 2014, S. 130–135, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.3109/07435800.2013.864303">10.3109/07435800.2013.864303</a></span>, <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24467187?dopt=Abstract">PMID 24467187</a>.</span>

</li>

<li id="cite_note-pmid23643243-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-pmid23643243_3-0">↑</a></span> <span class="reference-text">H. Wang, H. Yang, C. S. Shivalila, M. M. Dawlaty, A. W. Cheng, F. Zhang, R. Jaenisch: <i>One-step generation of mice carrying mutations in multiple genes by CRISPR/Cas-mediated genome engineering.</i> In: <i>Cell.</i> Band 153, Nummer 4, Mai 2013, S. 910–918, <span class="-print"><a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a> <span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%221097-4172%22&key=cql">1097-4172</a></span></span>. <a href="https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.04.025" class="extiw external" title="doi:10.1016/j.cell.2013.04.025">doi:10.1016/j.cell.2013.04.025</a>. <a class="external mw-magiclink-pmid" rel="nofollow" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23643243?dopt=Abstract">PMID 23643243</a>. <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3969854/">PMC 3969854</a> (freier Volltext).</span>

</li>

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