Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Химерный ген мышей мишени для агути гену пальто цвета , с его потомством

Нацеливание на ген (также стратегия замены, основанная на гомологичной рекомбинации ) - это генетический метод, который использует гомологичную рекомбинацию для модификации эндогенного гена . Этот метод можно использовать для удаления гена, удаления экзонов , добавления гена и изменения отдельных пар оснований (введения точечных мутаций ). Нацеливание на гены может быть постоянным или условным. Условия могут быть, например, определенным периодом времени развития / жизни организма или ограничением определенной ткани . Нацеливание на гены требует создания определенного векторадля каждого интересующего гена. Однако его можно использовать для любого гена, независимо от транскрипционной активности или размера гена.

Методы [ править ]

Обычно ДНК, содержащая часть целевого гена , репортерный ген и (доминантный) селектируемый маркер , собирается в бактериях .

Методы нацеливания на гены разработаны для нескольких модельных организмов и могут варьироваться в зависимости от используемых видов . Чтобы нацелить гены у мышей , ДНК вставляют в эмбриональные стволовые клетки мыши в культуре. Клетки со вставкой могут вносить вклад в ткань мыши посредством инъекции эмбриона . Наконец, разводят химерных мышей, у которых модифицированные клетки составляют репродуктивные органы . После этого шага все тело мыши основано на выбранных эмбриональных стволовых клетках.

Physcomitrella дикого типа и нокаут-мхи : отклоняющиеся фенотипы, индуцированные у трансформантов библиотеки с нарушением генов. Физкомитреллы дикого типа и трансформированные растения выращивали на минимальной среде Кнопа для индукции дифференциации и развития гаметофоров . Для каждого завода отображается обзор (верхний ряд, масштабная полоса соответствует 1 мм) и крупный план (нижний ряд, масштабная полоса равна 0,5 мм). A, гаплоидный мох дикого типа, полностью покрытый лиственными гаметофорами, и крупный план листа дикого типа. Б.Д., Разные мутанты. [1]

Чтобы нацелить гены мха , ДНК инкубируют вместе со свежевыделенными протопластами и с полиэтиленгликолем . Поскольку мхи являются гаплоидными организмами [2], волокна мха ( протонема ) могут быть непосредственно проверены на предмет наличия мишени путем обработки антибиотиками или с помощью ПЦР . Эта процедура обратной генетики, уникальная среди растений , так же эффективна, как и в случае дрожжей . [3] Нацеливание на гены успешно применялось к крупному рогатому скоту, овцам, свиньям и многим грибам.

Частота гена нацеливания может быть значительно повышена за счет использования сконструированных эндонуклеаз , таких как нуклеаз цинкового пальца , [4] разработан самонаведения эндонуклеаз , [5] и нуклеазы на основе модифицированных эффекторов TAL . [6] Этот метод был применен к таким видам, как Drosophila melanogaster , [4] табак , [7] [8] кукуруза , [9] клетки человека , [10] мыши [11] и крысы . [11]

Сравнение с захватом генов [ править ]

Захват генов основан на случайной вставке кассеты, в то время как при нацеливании на ген манипулирует конкретным геном. Кассеты можно использовать для множества разных целей, в то время как фланкирующие области гомологии кассет нацеливания на гены должны быть адаптированы для каждого гена. Это делает генную ловушку более удобной для крупномасштабных проектов, чем таргетинг. С другой стороны, нацеливание на гены можно использовать для генов с низкой транскрипцией, которые не будут обнаружены при скрининге ловушек. Вероятность захвата увеличивается с размером интрона , в то время как для нацеливания на гены небольшие гены также легко изменяются.

Приложения [ править ]

Нацеливание на гены широко используется для изучения генетических заболеваний человека путем удаления (« выбивания ») или добавления («выбивания») конкретных представляющих интерес мутаций. [12] Ранее использовавшиеся для создания моделей клеток крыс, достижения в технологиях нацеливания на гены позволили создать новую волну моделей изогенных заболеваний человека . Эти модели являются наиболее точными моделями in vitro, доступными исследователям, и облегчают разработку персонализированных лекарств и средств диагностики, особенно в онкологии . [13]

Нобелевская премия 2007 г. [ править ]

Марио Р. Капеччи , Мартин Дж. Эванс и Оливер Смитис были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года за свою работу над «принципами введения специфических модификаций генов у мышей с использованием эмбриональных стволовых клеток» или нацеливания на гены. [14]

См. Также [ править ]

  • Cre рекомбиназа
  • Cre-Lox рекомбинация
  • Рекомбинация FLP-FRT
  • Захват генов (метод случайного нокаута гена)
  • Генетическая рекомбинация
  • Гомологичная рекомбинация
  • Опосредованный рекомбиназой обмен кассет (замена ранее существовавшей «генной кассеты» на «представляющий интерес ген»)
  • Технология сайт-специфической рекомбиназы
  • Toll-подобный рецептор (пример гена, предназначенного для анализа)
  • Mus musculus (домовая мышь; обычный модельный организм)
  • Physcomitrella patens (единственное растение, для которого доступно нацеливание на гены, по состоянию на 1998 год [15] )

Ссылки [ править ]

  1. ^ Egener, T .; Гранадо, Дж .; Guitton, MC; Hohe, A .; Holtorf, H .; Lucht, JM; Rensing, SA; Schlink, K .; Schulte, J .; Schween, G .; Zimmermann, S .; Duwenig, E .; Рак, Б .; Рески, Р. (2002). «Высокая частота фенотипических отклонений у растений Physcomitrella patens, трансформированных библиотекой нарушения генов» . BMC Plant Biology . 2 : 6. DOI : 10,1186 / 1471-2229-2-6 . PMC  117800 . PMID  12123528 .
  2. ^ Ральф Реска (1998): Развитие , генетика и молекулярная биология из мхов . Botanica Acta 111, 1-15.
  3. ^ Ральф Рески (1998): Physcomitrella и Arabidopsis : Давид и Голиаф обратной генетики . Тенденции растений в науке 3, 209-210. [1]
  4. ^ а б Бибикова, М .; Beumer, K .; Trautman, J .; Кэрролл, Д. (2003). «Улучшение нацеливания на гены с помощью разработанных нуклеаз цинковых пальцев». Наука . 300 (5620): 764. DOI : 10.1126 / science.1079512 . PMID 12730594 . S2CID 42087531 .  
  5. ^ Grizot, S .; Smith, J .; Daboussi, F .; Prieto, J .; Redondo, P .; Merino, N .; Villate, M .; Thomas, S .; Lemaire, L .; Montoya, G .; Blanco, FJ; Pâques, F .; Дюшато, П. (2009). «Эффективное нацеливание гена SCID с помощью сконструированной одноцепочечной эндонуклеазы самонаведения» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (16): 5405–5419. DOI : 10.1093 / NAR / gkp548 . PMC 2760784 . PMID 19584299 .  
  6. ^ Миллер, JC; Tan, S .; Qiao, G .; Barlow, KA; Wang, J .; Xia, DF; Meng, X .; Paschon, DE; Leung, E .; Хинкли, SJ; Дулай, ВП; Hua, KL; Анкудинова, И .; Стоимость, ГДж; Урнов Ф.Д .; Чжан, HS; Холмс, MC; Zhang, L .; Грегори, PD; Rebar, EJ (2010). «СКАЗКА об архитектуре нуклеазы для эффективного редактирования генома». Природа Биотехнологии . 29 (2): 143–148. DOI : 10.1038 / nbt.1755 . PMID 21179091 . S2CID 53549397 .  
  7. ^ Cai, CQ; Дойон, Й ​​.; Эйнли, ВМ; Миллер, JC; Декельвер, RC; Moehle, EA; Рок, JM; Ли, Ю.Л .; Гарнизон, р .; Schulenberg, L .; Blue, R .; Worden, A .; Бейкер, Л .; Faraji, F .; Zhang, L .; Холмс, MC; Rebar, EJ; Коллингвуд, Теннесси; Рубин-Уилсон, Б .; Грегори, PD; Урнов Ф.Д .; Петолино, Дж. Ф. (2008). «Нацеленная интеграция трансгена в растительные клетки с использованием разработанных нуклеаз цинковых пальцев». Молекулярная биология растений . 69 (6): 699–709. DOI : 10.1007 / s11103-008-9449-7 . ISSN 0167-4412 . PMID 19112554 .  
  8. ^ Townsend, JA; Райт, DA; Уинфри, Р.Дж.; Fu, F .; Maeder, ML; Joung, JK; Войтас, Д.Ф. (2009). «Высокочастотная модификация генов растений с использованием сконструированных нуклеаз типа« цинковые пальцы »» . Природа . 459 (7245): 442–445. Bibcode : 2009Natur.459..442T . DOI : 10,1038 / природа07845 . PMC 2743854 . PMID 19404258 .  
  9. ↑ Шукла, ВК; Дойон, Й ​​.; Миллер, JC; Декельвер, RC; Moehle, EA; Worden, SE; Mitchell, JC; Арнольд, Нидерланды; Gopalan, S .; Meng, X .; Цой, В.М.; Рок, JM; Ву, ГГ; Katibah, GE; Чжифанг, G .; McCaskill, D .; Симпсон, Массачусетс; Blakeslee, B .; Greenwalt, SA; Батлер, HJ; Хинкли, SJ; Zhang, L .; Rebar, EJ; Грегори, PD; Урнов, Ф.Д. (2009). «Точная модификация генома сельскохозяйственных культур Zea mays с использованием нуклеаз типа« цинковые пальцы »». Природа . 459 (7245): 437–441. Bibcode : 2009Natur.459..437S . DOI : 10,1038 / природа07992 . PMID 19404259 . 
  10. ^ Урнов, Ф.Д .; Миллер, JC; Ли, Ю.Л .; Beausejour, CM; Рок, JM; Август, S .; Джеймисон, AC; Porteus, MH; Грегори, PD; Холмс, MC (2005). «Высокоэффективная эндогенная коррекция генов человека с использованием разработанных нуклеаз типа« цинковые пальцы »». Природа . 435 (7042): 646–651. Bibcode : 2005Natur.435..646U . DOI : 10,1038 / природа03556 . PMID 15806097 . 
  11. ^ a b Cui, X .; Ji, D .; Фишер Д.А.; Wu, Y .; Бринер, DM; Вайнштейн, EJ (2010). «Целенаправленная интеграция в эмбрионы крысы и мыши с нуклеазами цинкового пальца». Природа Биотехнологии . 29 (1): 64–7. DOI : 10.1038 / nbt.1731 . PMID 21151125 . 
  12. ^ Fanelli, Алекс (2017). «Применение ксенотрансплантата» . Xenograft.net . Проверено 15 января 2018 .
  13. ^ Сур, Суроджит; Пальярини, Раймонд; Бунц, Фред; Раго, Карло; Диас, Луис А .; Kinzler, Kenneth W .; Фогельштейн, Берт; Пападопулос, Николас (10 марта 2009 г.). «Панель изогенных раковых клеток человека предлагает терапевтический подход к раку с помощью инактивированного p53» . Труды Национальной академии наук . 106 (10): 3964–3969. Bibcode : 2009PNAS..106.3964S . DOI : 10.1073 / pnas.0813333106 . PMC 2656188 . PMID 19225112 .  
  14. ^ "Пресс-релиз: Нобелевская премия 2007 года по физиологии и медицине" . Проверено 8 октября 2007 .
  15. ^ Нокаут гена арабидопсиса: требуются фенотипы

Внешние ссылки [ править ]

  • Схема нацеливания на гены Мичиганского университета
  • Нацеливание на гены на диаграмме мыши и резюме лаборатории Хейдари, Государственный университет Уэйна
  • Основные моменты исследований репортерных генов, используемых для нацеливания на гены
  • Целенаправленная замена генов в ячмене