Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из позиционного клонирования )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о методе определения функций генов . Для скрининга или тестирования генетических заболеваний см. Генетическое тестирование .

Генетический экран или мутагенез экран представляет собой экспериментальный метод , используемый для идентификации и выбора для людей , которые обладают фенотипом интереса в мутагенезу населения. [1] Следовательно, генетический скрининг - это разновидность фенотипического скрининга . Генетический скрининг может предоставить важную информацию о функции генов, а также о молекулярных событиях, лежащих в основе биологического процесса или пути. В то время как проекты генома определили обширный перечень генов у многих различных организмов, генетический скрининг может дать ценную информацию о том, как эти гены функционируют. [2] [3] [4] [5] [6]

Базовая проверка [ править ]

Прямая генетика (или прямой генетический скрининг) - это подход, используемый для идентификации генов (или набора генов), ответственных за определенный фенотип организма. С другой стороны, обратная генетика (или обратный генетический скрининг) анализирует фенотип организма после нарушения работы известного гена. Короче говоря, прямая генетика начинается с фенотипа и движется к идентификации ответственного гена (ов), тогда как обратная генетика начинается с известного гена и анализирует эффект его разрушения путем анализа полученных фенотипов. И прямой, и обратный генетический скрининг направлены на определение функции генов. [1]

Успешный прямой генетический скрининг часто состоит из двух ключевых компонентов. Первый - это определенный генетический фон используемого организма, а второй - простая, но постоянная экспериментальная процедура для идентификации интересующих мутантов. Определенный генетический фон позволяет исследователям с большей эффективностью идентифицировать и локализовать затронутые гены у мутантов. Упрощенный метод скрининга полезен, поскольку он позволяет проводить скрининг большего числа людей, тем самым увеличивая вероятность создания и идентификации представляющих интерес мутантов. [3]

Поскольку естественные аллельные мутации редки, генетики перед скринингом часто мутагенезируют популяцию людей, подвергая их воздействию известного мутагена , такого как химическое вещество или радиация, тем самым вызывая гораздо более высокую частоту хромосомных мутаций . [1] У некоторых организмов мутагены могут быть полезны для проведения скрининга насыщения . Экраны насыщения используются для выявления всех генов, участвующих в определенном фенотипе организма или вида. Скрининг проводится путем картирования мутантов биологического процесса до тех пор, пока не будут обнаружены новые гены / генные мутации. Кристиан Нюсслейн-Фольхард и Эрик Вишаусбыли первыми, кто выполнил подобную процедуру скрининга. [7]

Варианты скрининга [ править ]

Было разработано множество вариантов скрининга для выяснения гена, который приводит к интересующему мутантному фенотипу.

Enhancer [ править ]

Экран энхансерначинается с мутанта, у которого есть затронутый интересующий процесс с известной мутацией гена. Затем скрининг можно использовать для идентификации дополнительных генов или генных мутаций, которые играют роль в этом биологическом или физиологическом процессе. Скрининг генетического энхансера выявляет мутации, которые усиливают интересующий фенотип у уже мутантного человека. Фенотип двойного мутанта (индивидуума с энхансером и исходной фоновой мутацией) более выражен, чем у любого из фенотипов одиночного мутанта. Улучшение должно превосходить ожидаемые фенотипы двух мутаций само по себе, и поэтому каждая мутация может считаться усилителем другой. Выделение мутантов-энхансеров может привести к идентификации взаимодействующих генов или генов, которые действуют избыточно по отношению друг к другу. [8]

Подавитель [ править ]

Скрининг супрессоров используется для выявления супрессорных мутаций, которые смягчают или изменяют фенотип исходной мутации в процессе, определяемом как синтетическая жизнеспособность . [9] Супрессорные мутации можно описать как вторые мутации на участке хромосомы, отличном от исследуемой мутации, которые подавляют фенотип исходной мутации. [10] Если мутация находится в том же гене, что и исходная мутация, она известна как внутригенная супрессия , тогда как мутация, локализованная в другом гене, известна как экстрагенная супрессия или межгенная супрессия . [1] Супрессорные мутации чрезвычайно полезны для определения функций биохимических путей внутри клетки и взаимоотношений между различными биохимическими путями.

Чувствительный к температуре [ править ]

Чувствительный экран температуры включает в себя проведение температурных сдвигов для повышения мутантного фенотипа. Популяция, выращенная при низкой температуре, будет иметь нормальный фенотип; однако мутация в конкретном гене сделает его нестабильным при более высокой температуре. Экран для определения температурной чувствительности у плодовых мух, например, может включать повышение температуры в клетке до тех пор, пока некоторые мухи не упадут в обморок, а затем открытие портала, чтобы позволить другим сбежать. Отобранные в ходе скрининга лица склонны нести необычную версию гена, участвующего в интересующем фенотипе. Преимущество аллелей, обнаруженных в этом типе скрининга, заключается в том, что мутантный фенотип является условным и может быть активирован простым повышением температуры. Анулевая мутация в таком гене может быть летальной для эмбриона, и такие мутанты будут пропущены при базовом скрининге. Знаменитый термочувствительный скрининг был проведен независимо Ли Хартвеллом и Полом Нерсом для выявления мутантов, дефектных по клеточному циклу у S. cerevisiae и S. pombe , соответственно.

Отображение мутантов [ править ]

Согласно классическому генетическому подходу, исследователь затем находит (наносит на карту) ген на его хромосоме путем скрещивания с людьми, несущими другие необычные черты, и собирает статистику о том, как часто эти два признака наследуются вместе. Классические генетики использовали бы фенотипические признаки для картирования новых мутантных аллелей . С появлением геномных последовательностей для модельных систем, таких как Drosophila melanogaster , Arabidopsis thaliana и C. elegans, были идентифицированы многие однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), которые можно использовать в качестве признаков для картирования. Фактически, экран Гейдельберга, который был разработан в 1980 году Нюсслейн-Фольхардом и Вишаусом, открыл дорогу будущим ученым в этой области. [11] SNP являются предпочтительными признаками для картирования, поскольку они очень часты, порядка одного различия на 1000 пар оснований, между различными разновидностями организмов. Мутагены, такие как случайные вставки ДНК путем трансформации или активные транспозоны, также могут быть использованы для создания новых мутантов. Преимущество этих методов заключается в том, что новые аллели маркируются известным молекулярным (ДНК) маркером, который может облегчить быструю идентификацию гена. [7]

Позиционное клонирование [ править ]

Позиционное клонирование - это метод идентификации гена, при котором ген определенного фенотипа идентифицируется только по его приблизительному хромосомному положению (но не по функции); это известно как регион- кандидат . Первоначально область-кандидат может быть определена с использованием таких методов, как анализ сцепления , а затем используется позиционное клонирование для сужения области-кандидата до тех пор, пока не будут обнаружены ген и его мутации. Позиционное клонирование обычно включает выделение частично перекрывающихся сегментов ДНК из геномных библиотек для продвижения по хромосоме к определенному гену. В ходе позиционного клонирования необходимо определить, является ли рассматриваемый в настоящее время сегмент ДНК частью гена.

Тесты, используемые для этой цели, включают межвидовую гибридизацию, идентификацию неметилированных CpG-островков , захват экзонов, прямой отбор кДНК , компьютерный анализ последовательности ДНК, скрининг мутаций у пораженных людей и тесты экспрессии генов. Для геномов, в которых известны области генетических полиморфизмов , позиционное клонирование включает идентификацию полиморфизмов, фланкирующих мутацию. Этот процесс требует, чтобы фрагменты ДНК ближайшего известного генетического маркера постепенно клонировались и секвенировались, приближаясь к мутантному аллелю с каждым новым клоном. Этот процесс производит арендуемую карту из локуса и известен как прогулки по хромосоме. После завершения проектов секвенирования генома, таких как Human Genome Project , современное позиционное клонирование может напрямую использовать готовые контиги из баз данных геномных последовательностей.

Для каждого нового клона ДНК выявляется полиморфизм и тестируется в популяции картирования на предмет его частоты рекомбинации по сравнению с мутантным фенотипом. Когда клон ДНК находится на мутантном аллеле или близко к нему, частота рекомбинации должна быть близкой к нулю. Если хромосомная прогулка происходит через мутантный аллель, новые полиморфизмы начнут показывать увеличение частоты рекомбинации по сравнению с мутантным фенотипом. В зависимости от размера популяции картирования мутантный аллель может быть сужен до небольшой области (<30 Kb). Затем требуется сравнение последовательностей ДНК дикого типа и мутантной ДНК в этой области, чтобы определить местонахождение мутации ДНК, которая вызывает фенотипические различия.

Современное позиционное клонирование может более непосредственно извлекать информацию из проектов геномного секвенирования и существующих данных путем анализа генов в области-кандидате. Затем можно определить приоритетность генов потенциальных заболеваний из области-кандидата, что потенциально снизит объем работы. Гены с паттернами экспрессии, соответствующими фенотипу заболевания, демонстрирующими (предполагаемую) функцию, связанную с фенотипом, или гомологичными другому гену, связанному с этим фенотипом, все являются приоритетными кандидатами. Подобное обобщение методов позиционного клонирования также известно как открытие позиционного гена.

Позиционное клонирование - это эффективный метод беспристрастной изоляции генов болезней, который использовался для идентификации генов заболеваний мышечной дистрофии Дюшенна , болезни Хантингтона и муковисцидоза . Однако сложности при анализе возникают, если болезнь обнаруживает гетерогенность локуса.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Хартвелл Л. Х., Худ Л., Голдберг М. Л., Рейнольдс А. Е., Сильвер Л. М., Верес Р. К. (2008). Генетика: от генов к геномам . Бостон: Высшее образование Макгроу-Хилла. ISBN 978-0-07-284846-5.
  2. Перейти ↑ Patton EE, Zon LI (декабрь 2001 г.). «Искусство и дизайн генетических экранов: рыбки данио». Nat. Преподобный Жене . 2 (12): 956–66. DOI : 10.1038 / 35103567 . PMID 11733748 . 
  3. ^ a b Page DR, Grossniklaus U (февраль 2002 г.). «Искусство и дизайн генетических экранов: Arabidopsis thaliana ». Nat. Преподобный Жене . 3 (2): 124–36. DOI : 10.1038 / nrg730 . PMID 11836506 . 
  4. ↑ St Johnston D (март 2002 г.). «Искусство и дизайн генетических экранов: Drosophila melanogaster ». Nat. Преподобный Жене . 3 (3): 176–88. DOI : 10.1038 / nrg751 . PMID 11972155 . 
  5. ↑ Jorgensen EM, Mango SE (май 2002 г.). «Искусство и дизайн генетических экранов: caenorhabditis elegans ». Nat. Преподобный Жене . 3 (5): 356–69. DOI : 10.1038 / nrg794 . PMID 11988761 . 
  6. ^ Casselton L, M Zolan (сентябрь 2002). «Искусство и дизайн генетических экранов: нитчатые грибы». Nat. Преподобный Жене . 3 (9): 683–97. DOI : 10.1038 / nrg889 . PMID 12209143 . 
  7. ^ a b «Генетический экран» . Исследование стволовых клеток. Архивировано из оригинала на 2012-04-01 . Проверено 3 мая 2012 .
  8. ^ Герман Р.К., Yochem J (2005). «Генетические энхансеры» . WormBook : 1–11. DOI : 10.1895 / wormbook.1.27.1 . PMC 4780930 . PMID 18023119 .  
  9. ^ Puddu, F .; Oelschlaegel, T; Герини, я; Гейслер, штат Нью-Джерси; Niu, H; Herzog, M; Salguero, I; Очоа-Монтаньо, B; Viré, E; Sung, P; Адамс, диджей; Кин, TM; Джексон, СП (2015). «Геномный скрининг синтетической жизнеспособности определяет функцию Sae2 в репарации ДНК» . EMBO Journal . 34 (11): 1509–1522. DOI : 10.15252 / embj.201590973 . PMC 4474527 . PMID 25899817 .  
  10. Перейти ↑ Hodgkin J (2005). «Генетическое подавление» . WormBook : 1–13. DOI : 10.1895 / wormbook.1.59.1 . PMC 4781008 . PMID 18023120 .  
  11. Перейти ↑ St Johnston, D. (2002). «Искусство и дизайн генетических экранов: Drosophila melanogaster». Обзоры природы. Генетика . 3 (3): 176–88. DOI : 10.1038 / nrg751 . PMID 11972155 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Принципы картографического или позиционного клонирования генов растений
  • Nature Reviews Genetics Focus: искусство и дизайн генетических экранов