Кіріспе

Гендік басу – организмнің бір немесе бірнеше гендерінің экспрессиясын төмендететін тәжірибелік техника. Төмендету генетикалық модификация арқылы немесе генге немесе мРНК транскриптісіне толықтыратын тізбегі бар қысқа ДНК немесе РНК олигонуклеотиді сияқты реагентпен емдеу арқылы жүзеге асуы мүмкін.

Уақытша тоқтату

Егер организмнің ДНК-сы генетикалық түрде өзгертілсе, пайда болған организм "нокдаун организмі" деп аталады. Егер гендік экспрессияның өзгеруіне мРНК-ға олигонуклеотидтің байланысуы немесе генге уақытша байланысуы себеп болса, онда гендік экспрессияның уақытша өзгеруіне әкеледі, бұл хромосомалық ДНК-ны өзгертпейді, ал нәтиже "өткінші нокдаун" деп аталады. Өткінші нокдаунды ең тікелей қолдану – тізбектелген, бірақ функциясы белгісіз немесе толыққанды белгілі емес ген туралы білу. Бұл тәжірибелік әдіс кері генетика деп аталады. Зерттеушілер нокдаунның ген жұмыс істеп тұрған организмдерден қалай ерекшеленетінінен қорытынды жасайды. Өткінші нокдаун көбінесе даму биологиясында қолданылады, себебі олигонуклеотидтерді бір жасушалы зиготаларға енгізуге болады және олар эмбрионалық даму кезінде инъекцияланған жасушаның қыз жасушаларында қалады. "Гендік нокдаун" термині әдебиетте алғаш рет 1994 жылы пайда болды.

РНҚ араласуы

РНК-ның араласуы (РНКi) – мРНК-ның ыдырауы арқылы гендерді үнсіздендірудің бір жолы. Бұл әдіс арқылы гендерді жою цитоплазмаға кішкентай қос тізбекті интерференциялық РНК (siRNA) енгізу арқылы жүзеге асырылады. Кішкентай интерференциялық РНК жасушаның ішінде пайда болуы мүмкін, немесе сырттан жасушаға енгізілуі мүмкін. Жасушаға енгізілгеннен кейін, сырттан енген siRNA РНК-мен шақырылған үнсіздендіру кешені (RISC) арқылы өңделеді. siRNA үнсіздендірілуге тиіс мақсатты мРНК-ға толыққанды сәйкес келеді, ал RISC мақсатты мРНК-ны табу үшін siRNA-ны үлгі ретінде пайдаланады. RISC мақсатты мРНК-ны анықтағаннан кейін, РНК рибонуклеазамен кесіледі. РНКi генетикалық функционалдық талдау үшін зертханалық техника ретінде кеңінен қолданылады. C. elegans және Drosophila melanogaster сияқты организмдердегі РНКi ген функцияларын зерттеудің жылдам және арзан тәсілін ұсынады. C. elegans зерттеулерінде, Арингер РНКi кітапханасы сияқты құралдардың болуы зертханаларға әртүрлі тәжірибелік жағдайларда көптеген гендерді сынауға мүмкіндік береді. Тәжірибелік РНКi қолданудан алынған білімдер әлеуетті терапиялық мақсаттарды, жаңа дәрілерді әзірлеуді немесе басқа да қолданыстарды анықтау үшін пайдалы болуы мүмкін. РНК-ның араласуы – зерттеушілерге белгілі бір жолға, дәріге немесе фенотипке қатысты одан әрі зерттеу үшін мақсаттарды анықтау мақсатында кең ауқымды генетикалық скрининг жүргізуге мүмкіндік беретін өте пайдалы зерттеу құралы.

CRISPR-тер

Прокариоттарда табылған экзогенді ДНК-ны басудың тағы бір жолы – "Күлемді, реттелген аралықтағы қысқа палиндромдық қайталанулар" немесе CRISPR деп аталатын локустарға байланысты механизм. CRISPR-мен байланысты (cas) гендері клеткалық механизмді кодтайды, ол экзогенді ДНК-ны шағын фрагменттерге бөліп, оларды CRISPR қайталау локусына енгізеді. Клеткада ДНК-ның CRISPR аймағы белсенділікке келгенде, экзогенді ДНК-дан түзілген шағын РНК-лар басқа Cas белоктарына осы экзогенді тізбекті басуға арналған матрица ретінде қызмет етеді. Шағын экзогенді тізбектердің транскрипттері жасушаға енген кезде осы шетелдік ДНК-ны басуға бағыттайды. Бұл – иелікке келген иммунитет түрі және бұл процесс прокариоттық РНК-ның араласу механизміне ұқсас. CRISPR қайталанулары көптеген түрлерде сақталып келеді және адам жасушаларында, бактерияларда, C. elegans, зебра балықтарында және басқа да организмдерде геномды тиімді өзгерту үшін қолданылатыны көрсетілген. CRISPR-дің әмбебап зерттеу құралы ретінде қолданылуын геномдық өзгерістері бар организмдерді жасау үшін оны пайдаланған көптеген зерттеулер көрсетеді.

ТАЛЕН

Прокариоттық геномды манипуляциялау арқасында мүмкін болатын тағы бір технология – нақты гендерді таңдап алу үшін транскрипцияны белсендіретін эффекторлық нуклеазалар (TALEN) қолдану. TALEN – екі маңызды функционалдық компоненті бар нуклеаза: ДНК-ға байланысатын домен және ДНК-ны кесетін домен. ДНК-ға байланысатын домен – транскрипцияны белсендіретін эффектор секвенциясына ұқсас реттілікке ие, ал ДНК-ны кесетін домен бактериялық эндонуклеазадан шыққан және реттілікке қатыссыз. TALEN конструкциясының транскрипцияны белсендіретін эффектор бөлігінің реттілігімен анықталған реттілікті кесуге арналған. TALEN жобаланғаннан кейін, ол жасушаға плазмида немесе мРНК түрінде енгізіледі. TALEN экспрессияланып, мақсатты реттілікке орналасып, нақты бір жерді кеседі. TALEN мақсатты ДНК реттігін кескеннен кейін, жасуша гомолог емес ұштарын біріктіру механизмін ДНК-ны жөндеу үшін пайдаланады. Жасушаның кесілген реттілікті жөндеуге жасаған тырысы кодталған белокты жұмыс істемейтін етеді, себебі бұл жөндеу механизмі жөнделген жерге қосымша немесе жою қателіктерін енгізеді.

Коммерциялық мақсатта пайдалану

Осы уақытқа дейін ДНК-сы тұрақты өзгертілген организмдер негізінен ғылыми зерттеулер үшін жасалған. Бұл организмдер, қарапайым тілде "нокауттар" деп те аталады, көбінесе кері генетикада қолданылады, әсіресе ми және егеуқұйрық сияқты түрлерде, олар үшін уақытша нокауттау технологияларын қолдану қиын. Гендік нокауттау емдерімен байланысты коммерциялық қызметтерді ұсынатын бірнеше компания бар.