ДНҚ тізбегіне ену мутациясы және геномдық инженерлік әдістері
Insertion (genetics)
ДНҚ мутациясы: инсерция – ДНҚ тізбегіне нуклеотидтердің қосылуы. Шағын және ірі инсерциялар, ДНҚ полимераза қателіктері, хромосомалық өзгерістер туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Мутация түрі
Type of mutation
Генетикада инсерция (немесе инсерциялық мутация) – ДНК тізбегіне бір немесе бірнеше нуклеотидтік негіз жұбының қосылуы. Бұл көбінесе ДНК полимеразаның сырғанауы салдарынан микросателлит аймақтарында болады. Инсерциялардың мөлшері бір ДНК тізбегіне қате енген бір негіз жұбынан бастап, бір хромосоманың бөлігінің екіншісіне енуіне дейін кез келген болуы мүмкін. Ең кішкентай, бір негіздік инсерция мутацияларының механизмі, шаблондық және праймерлік тізбектер арасындағы негіз жұбының ажырауы, одан кейін жақын емес негіздердің үйлесуі арқылы жүзеге асады деп саналады, бұл ДНК полимеразаның активті ортасында жергілікті түрде пайда болуы мүмкін. Хромосомалық деңгейде инсерция – хромосомаға үлкен тізбектің енуі. Бұл мейоз кезінде тең емес кроссинг-овер нәтижесінде болуы мүмкін. N аймақты қосу – терминалды дезоксинуклеотидил трансфераза арқылы рекомбинация кезінде кодталмаған нуклеотидтердің қосылуы. P нуклеотидтік инсерция – рекомбинацияланатын ген сегменттерінің ұштарымен кодталған палиндромдық тізбектердің енуі. Тринуклеотидтік қайталаулар инсерциялық мутациялар ретінде, кейде жеке мутациялар класы ретінде жіктеледі.
In genetics, an insertion (also called an insertion mutation) is the addition of one or more nucleotide base pairs into a DNA sequence. This can often happen in microsatellite regions due to the DNA polymerase slipping. Insertions can be anywhere in size from one base pair incorrectly inserted into a DNA sequence to a section of one chromosome inserted into another. The mechanism of the smallest single base insertion mutations is believed to be through base pair separation between the template and primer strands followed by non neighbor base stacking, which can occur locally within the DNA polymerase active site. On a chromosome level, an insertion refers to the insertion of a larger sequence into a chromosome. This can happen due to unequal crossover during meiosis. N region addition is the addition of non coded nucleotides during recombination by terminal deoxynucleotidyl transferase. P nucleotide insertion is the insertion of palindromic sequences encoded by the ends of the recombining gene segments. Trinucleotide repeats are classified as insertion mutations and sometimes as a separate class of mutations.
Әдістер
Цинк саусақты нуклеазалар (ZFN), транскрипцияны белсендіретін эффектор нуклеазалар (TALEN) және CRISPR гендік өңдеуі – бұрынғы зерттеулерде генді енгізуді жүзеге асыру үшін қолданылған үш негізгі әдіс. Ал CRISPR/Cas құралдары қазіргі зерттеулерде ең көп қолданылатын әдістердің біріне айналды. CRISPR/Cas құралдарының негізінде нақты функцияларды орындайтын әртүрлі жүйелер әзірленді. Мысалы, бір стратегия – екі тізбекті нуклеазамен кесу жүйесі, ол бір жолдаушы РНК (sgRNA) бар қалыпты Cas9 белгісін пайдаланады, содан кейін генді енгізуге қол жеткізу үшін ДНК жөндеу жүйесі арқылы ұштарын біріктіру немесе бөлінетін жасушаларды пайдалану. Тағы бір мысал – мақсатты гендерді тасымалдайтын Cas9 никазасы және негізгі өңдеу жетекші РНК (pegRNA) қолданатын негізгі өңдеу жүйесі. Бұл геномдық зерттеулерге деген қажеттілікті қанағаттандыруға бағытталған. РНК басқарылатын ДНК транспозициясы осы мәселені шешуге қатысты жаңа сала болып табылады. Геномдық инженерия саласында одан тиімді әдістер әзірленуі және қолданылуы күтілуде.
Zinc finger nuclease(ZFN), Transcription activator like effector nucleases (TALEN), and CRISPR gene editing are the three main methods used in the former research to achieve gene insertion. And CRISPR/Cas tools have already become one of the most used methods to present research. Based on CRISPR/Cas tools, different systems have already been developed to achieve specific functions. For example, one strategy is double strand nucleases cutting system, using the normal Cas9 protein with single guide RNA (sgRNA) and then achieving the gene insertion through end joining or dividing cells with the DNA repair system. Another example is the prime editing system, which uses Cas9 nickase and the prime editing guide RNA (pegRNA) carrying the target genes. to meet the demand for genome research. RNA guided DNA transposition is an emerging area to solve this problem. More efficient methods are expected to be developed and applied in the genome engineering area.
Әсерлер
Егер олар экзонға, геннің аминқышқылдарын кодтайтын аймағына енсе, олар ерекше қауіпті болуы мүмкін. Фрейм-сдвиг мутациясы, геннің қалыпты оқу фрейміндегі өзгеріс, егер енгізілген нуклеотидтердің саны үшке бөлінбесе, яғни кодонға шаққандағы нуклеотидтер саны. Фрейм-сдвиг мутациялары мутациядан кейін ген кодтайтын барлық аминқышқылдарды өзгертеді. Әдетте, енгізілулер және одан кейінгі фрейм-сдвиг мутациясы геннің белсенді трансляциясын ертерек тоқтату кодонына жеткізеді, нәтижесінде трансляция тоқталып, уақытынан бұрын тоқтатылған белок түзіледі. Фрейм-сдвиг мутациясын тасымалдайтын транскрипттер трансляция кезінде нонсенс-медиацияланған ыдырау арқылы деградациялануы мүмкін, сондықтан ешқандай белок өнімі пайда болмайды. Егер трансляцияланса, уақытынан бұрын тоқтатылған белоктар көбінесе дұрыс жұмыс істемейді немесе мүлдем жұмыс істемейді және енгізілу орын алған генге байланысты түрлі генетикалық бұзылыстарға әкелуі мүмкін. Оқу фрейміне сәйкес енгізілулер, егер енгізілу нәтижесінде оқу фреймі өзгермесе, орын алады; енгізілген нуклеотидтердің саны үшке бөлінеді. Оқу фреймі енгізілгеннен кейін сақталады және егер енгізілген нуклеотидтер тоқтату кодонын кодтамаса, трансляция аяқталуы мүмкін. Алайда, енгізілген нуклеотидтердің салдарынан, дайын белок, енгізілудің мөлшеріне байланысты, белоктың функциясына әсер етуі мүмкін бірнеше жаңа аминқышқылдарды қамтиды.
Insertions can be particularly hazardous if they occur in an exon, the amino acid coding region of a gene. A frameshift mutation, an alteration in the normal reading frame of a gene, results if the number of inserted nucleotides is not divisible by three, i. e., the number of nucleotides per codon. Frameshift mutations will alter all the amino acids encoded by the gene following the mutation. Usually, insertions and the subsequent frameshift mutation will cause the active translation of the gene to encounter a premature stop codon, resulting in an end to translation and the production of a truncated protein. Transcripts carrying the frameshift mutation may also be degraded through Nonsense mediated decay during translation, thus not resulting in any protein product. If translated, the truncated proteins frequently are unable to function properly or at all and can result in any number of genetic disorders depending on the gene in which the insertion occurs. In frame insertions occur when the reading frame is not altered as a result of the insertion; the number of inserted nucleotides is divisible by three. The reading frame remains intact after the insertion and translation will most likely run to completion if the inserted nucleotides do not code for a stop codon. However, because of the inserted nucleotides, the finished protein will contain, depending on the size of the insertion, multiple new amino acids that may affect the function of the protein.