Кіріспе

РНК-дан кері транскрипцияланған ДНҚ генетикада комплементарлы ДНҚ (cDNA) – РНК-дан кері транскрипцияланған (реверс транскриптаза арқылы) ДНҚ (мысалы, хабаршы РНК немесе микроРНК). cDNA бір және екі тізбекті формаларда, сондай-ақ табиғи және жасалған формаларда кездеседі. Жасалған формаларында ол көбінесе кез келген организмнің табиғи геномынан алынған ДНҚ-ның көшірмесі болып табылады; организмнің мРНК-сы оның ДНҚ-сынан табиғи түрде транскрипцияланады, ал cDNA мРНК-дан кері транскрипцияланады, нәтижесінде түпнұсқа ДНҚ-ның дубликаты пайда болады. Жасалған cDNA көбінесе осы белокты әдетте өндірмейтін жасушада белгілі бір белокты экспрессиялауға (яғни гетерологтық экспрессияға) немесе ДНҚ-ға негізделген әдістерді (qPCR, RNA seq) қолдана отырып, мРНК молекулаларын тізбектеуге немесе сандық өлшеуге қолданылады. Белгілі бір белокты кодтайтын cDNA рекомбинантты ДНҚ ретінде, көбінесе бактериялық немесе ашытқы экспрессиялық жүйелерінің бөлігі ретінде, қабылдаушы жасушаға экспрессия үшін берілуі мүмкін. cDNA сонымен қатар микроаррайлер, qPCR және RNA seq сияқты талдауларда жаппай тіндердегі, жеке жасушалардағы немесе жеке ядролардағы транскриптомдық профильдерді талдау үшін де қолданылады. Табиғи формаларында cDNA ретровирустар (мысалы, HIV-1, HIV-2, маймыл иммуножеткіліксіздік вирусы және т.б.) арқылы өндіріледі және одан кейін иесінің геномына енгізіліп, провирус құрайды. cDNA термині, әдетте биоинформатикалық контексте, РНК негіздерінен (GCAU) емес, ДНҚ негіздерінен (дезокси GCAT) тұратын мРНК транскриптінің тізбесін білдіру үшін қолданылады. cDNA-ның патенттелуі 2013 жылы АҚШ Жоғарғы Сотында Association for Molecular Pathology v. Myriad Genetics, Inc. ісі бойынша қарастырылды. Келісім бойынша, Сот тек экзондарды қамтитын cDNA-ны патенттеуге жарамды деп шешті, ал интрондардан тұратын табиғи ДНҚ-ның оқшауланған тізбектері патенттелмейді.

Синтез

РНК сДНК синтезі үшін үлгі ретінде қызмет етеді. Тірі жасушаларда сДНК вирустар мен ретротранспозондар арқылы РНК-ны мақсатты геномдық ДНҚ-ға енгізу үшін жасалады. Молекулалық биологияда РНК геномдық ДНҚ, ақуыздар және басқа жасушалық компоненттер алынып тасталғаннан кейін бастапқы материалдан тазартылады. Содан кейін сДНК ин витро кері транскрипция арқылы синтезделеді.

РНҚ тазарту

РНК жасушалардың геномдық ДНК-сынан транскрипцияланады және алдымен жасушаларды лизистеу арқылы алынып, содан кейін фенол-хлороформ, кремний бағаны және буға негізделген РНК-ны бөліп алу әдістері сияқты кеңінен қолданылатын әдістерді пайдалана отырып тазартылады. Бөліп алу әдістері бастапқы материалға байланысты өзгереді. Мысалы, өсімдік тіндерінен РНК-ны бөліп алу үшін РНК-ны қолдануға жарамсыз ететін фенолды қосылыстар, көмірсулар және басқа да заттарды жою үшін поливинилпирролидон (ПВП) сияқты қосымша реагенттер қажет. ДНК және белоктарды жою үшін DNase және Proteinase K сияқты ферменттер деградация үшін қолданылады. РНК-ның сақталуын қамтамасыз ету үшін гуанидиний изотиоцианаты, натрий додецил сульфаты (SDS), фенол немесе хлороформ сияқты хаотроптық заттармен РНКазалар (RNases) инактивацияланады. Жалпы РНК содан кейін басқа жасушалық компоненттерден бөлініп, спиртпен тұндырылады. Нақты қолданыстар үшін РНК-ны жылдам және оңай бөліп алуға арналған әртүрлі коммерциялық жиынтықтар бар. РНК-ның нақты субтиптерін (мысалы, мРНК және микроРНК) мөлшеріне немесе ерекше РНК аймақтарына сәйкес бөліп алу үшін қосымша буға негізделген әдістерді қолдануға болады.

Бірінші желі синтезі

Кері транскриптаза ферменті мен тазартылған РНК үлгілерін пайдалану арқылы кДНҚ-ның бір тізбегі жасалады (бірінші тізбекті кДНҚ синтезі). Moloney егесік лейкемия вирусынан алынған MLV кері транскриптазасы, ұзын РНК-ны транскрипциялауға ыңғайлы төмен RNase H активтілігіне байланысты жиі қолданылады. Avian миелобластозы вирусынан алынған AMV кері транскриптазасы, күшті екіншілік құрылымы бар (яғни жоғары балқу температурасы) РНК үлгілері үшін де қолданылуы мүмкін. cДНК көбінесе RT qPCR және РНК секвендеуі сияқты ген экспрессиясын талдау үшін мРНК-дан жасалады. мРНК барлық мРНК-ның 3' ұшындағы полиаденилденген құйрықтың кері толықтырғышы болып табылатын олиго-dT праймерлерін пайдалана отырып, таңдамалы түрде кері транскрипцияланады. Олиго-dT праймері мРНК-ның полиаденилденген құйрығына байланысып, кері транскрипцияны бастау үшін кері транскриптазаға байланысу орны ретінде қызмет етеді. Олиго-dT және кездейсоқ гексамерлік праймерлердің оңтайландырылған қоспасы 5' немесе 3' ықпалдылығын азайта отырып, толық ұзындықтағы кДНК алу мүмкіндігін арттырады. Рибосомалық РНК-ны да мРНК-ны және кейбір кодталмайтын РНК сияқты полиаденилденбеген транскрипттерді байыту үшін азайтуға болады.

Екінші желі синтезі

Бірінші жіп синтезінің нәтижесінде пайда болатын РНК-ДНҚ гибридтерін бірнеше екінші жіп синтезі әдістері арқылы өңдеуге болады немесе тікелей төменгі ағымдық талдауларда қолдануға болады. Алғашқы әдістердің бірі, шашқыншақпен басталатын синтез, екінші жіпті синтездеу үшін бірінші жіптің кДНК-сының 3' ұшында шашқыншақ құрылымын пайдалануға негізделген. Дегенмен, приминг кездейсоқ болып келеді және шашқыншақтың гидролизі ақпараттың жоғалуына әкеледі. Гублер және Хоффман әдісі E. coli RNase H ферментін мРНК-ны кесу үшін пайдаланады, оның орнына E. coli DNA Полимераза I қойылады және E. coli DNA Лигазамен біріктіріледі. Бұл әдістің жетілдірілген нұсқасы М-MLV ферментінің төмен RNase H активтілігіне негізделген, ол мРНК-ны кеседі, ал қалған РНК екінші жіптің кДНК-сын ДНК полимеразамен транскрипциялаудан кейін RNase H қосылу арқылы алынады. Бұл мРНК-ның 5' ұшындағы тізбектік ақпараттың жоғалуын болдырмайды.

Қолданбалар

Толықтырушы ДНК көбінесе генді клондау, гендік зондтар ретінде немесе кДНК кітапханасын құру үшін қолданылады. Ғалымдар жаңа генетикалық материалды қабылдаушы жасушада белок ретінде экспрессиялау үшін генді бір жасушадан екінші жасушаға көшіргенде, толық геннің орнына кДНК қабылдаушыға қосылады, себебі толық геннің ДНК-сы белокты кодтамайтын немесе белоктың кодтау тізбегін үзуге болатын ДНК-ны (мысалы, интрон) қамтуы мүмкін. кДНК-ның жартылай тізбектері көбінесе экспрессияланған тізбек таңбалары ретінде алынады. ДНК тізбектерін полимераза тізбектік реакциясы (ПТР) арқылы күшейту кең таралғандықтан, жасуша ішіндегі экспрессия үшін нақты кДНК тізбегін алу үшін әдетте бастапқы қадам ретінде кері транскрипция жүргізіледі, содан кейін ПТР қолданылады. Бұл белокты кодтайтын кДНК аймағының 5' және 3' ұштарына гибридтелетін, тізбектік ДНК праймерлерін жобалау арқылы жүзеге асырылады. Күшейтілгеннен кейін, тізбектің екі шетінен нуклеазалармен кесіп, экспрессиялық векторлар деп аталатын көптеген кішкентай дөңгелек ДНК тізбектерінің біріне енгізуге болады. Мұндай векторлар жасушалардың ішінде өзін-өзі көбейтуге және қабылдаушы ДНК-ға интеграциялануға мүмкіндік береді. Олар әдетте мақсатты кДНК-ның мРНК-ға транскрипциясын қамтамасыз ету үшін күшті промоторды қамтиды, ол кейін белокқа аударылады. кДНК сонымен қатар РНК секвенциялау немесе RT qPCR сияқты әдістер арқылы ген экспрессиясын зерттеу үшін де қолданылады. РНК секвенциялау үшін секвенциялау платформасының өлшем шектеулеріне байланысты РНК фрагменттерге бөлінуі керек. Сонымен қатар, екінші тізбегі синтезделген кДНК фрагменттерін ПТР арқылы күшейтуге және секвенциялау ағыны жасушаларына байланыстыруға мүмкіндік беретін адаптерлермен байланыстырылуы керек. Генге қатысты талдау әдістері көбінесе микроаррейлер мен RT qPCR-ді флуорометриялық және басқа әдістер арқылы кДНК деңгейін өлшеу үшін қолданады. 2013 жылдың 13 маусымында АҚШ Жоғарғы Соты Молекулалық патология қауымдастығы v. Myriad Genetics ісі бойынша шешім шығарды, онда табиғатта кездесетін гендерді патенттеуге болмайды, бірақ кДНК патентке жатады, өйткені ол табиғатта кездеспейді.

Вирустар мен ретротранспозондар

Кейбір вирустар вирустық РНК-ны мРНК-ға айналдыру үшін де кДНК-ны пайдаланады (вирустық РНК → кДНК → мРНК). мРНК вирустық ақуыздарды жасау үшін қолданылады, олардың көмегімен вирус жасуша иесін басып алады. Вирустық РНК-дан кДНК-ға дейінгі алғашқы қадамның мысалын ВИЧ инфекциясының циклында көруге болады. Бұл кезде жасуша мембранасы вирус липидтік қабығымен бірігіп, вирус геномының екі көшірмесі бар вирус капсидінің жасушаға енуіне мүмкіндік береді. Содан кейін вирустық РНК-ның кері транскрипциясы арқылы кДНК көшірмесі жасалады, бұл процеске шаперон CypA және вирус капсидімен байланысты кері транскриптаза көмектеседі. Эукариоттық геномдардағы ретротранспозондар да кДНК-ны жасайды. Ретротранспозондар – бұл РНК аралықтары арқылы геномдардың ішінде және кейде геномдар арасында жылжып отыратын жылдам қозғалатын генетикалық элементтер. Бұл механизм вирустармен ортақ, бірақ инфекциялық бөлшектердің пайда болуынан басқа.