Гендерді өшіру: генетикалық зерттеулердегі әдіс және қолданылуы
Gene knockdown
Гендерді өшіру: гендердің экспрессиясын төмендету әдісі. Ген функциясын зерттеу үшін ДНК/РНҚ олигонуклеотидтері қолданылады. Уақытша және тұрақты өзгерістер бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Gene knockdown is an experimental technique by which the expression of one or more of an organism's genes is reduced. The reduction can occur either through genetic modification or by treatment with a reagent such as a short DNA or RNA oligonucleotide that has a sequence complementary to either gene or an mRNA transcript.
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.
If a DNA of an organism is genetically modified, the resulting organism is called a "knockdown organism." If the change in gene expression is caused by an oligonucleotide binding to an mRNA or temporarily binding to a gene, this leads to a temporary change in gene expression that does not modify the chromosomal DNA, and the result is referred to as a "transient knockdown". The most direct use of transient knockdowns is for learning about a gene that has been sequenced, but has an unknown or incompletely known function. This experimental approach is known as reverse genetics. Researchers draw inferences from how the knockdown differs from individuals in which the gene of interest is operational. Transient knockdowns are often used in developmental biology because oligos can be injected into single celled zygotes and will be present in the daughter cells of the injected cell through embryonic development. The term gene knockdown first appeared in the literature in 1994
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.
RNA interference (RNAi) is a means of silencing genes by way of mRNA degradation. Gene knockdown by this method is achieved by introducing small double stranded interfering RNAs (siRNA) into the cytoplasm. Small interfering RNAs can originate from inside the cell or can be exogenously introduced into the cell. Once introduced into the cell, exogenous siRNAs are processed by the RNA induced silencing complex (RISC). The siRNA is complementary to the target mRNA to be silenced, and the RISC uses the siRNA as a template for locating the target mRNA. After the RISC localizes to the target mRNA, the RNA is cleaved by a ribonuclease. RNAi is widely used as a laboratory technique for genetic functional analysis. RNAi in organisms such as C. elegans and Drosophila melanogaster provides a quick and inexpensive means of investigating gene function. In C. elegans research, the availability of tools such as the Ahringer RNAi Library give laboratories a way of testing many genes in a variety of experimental backgrounds. Insights gained from experimental RNAi use may be useful in identifying potential therapeutic targets, drug development, or other applications. RNA interference is a very useful research tool, allowing investigators to carry out large genetic screens in an effort to identify targets for further research related to a particular pathway, drug, or phenotype.
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.
A different means of silencing exogenous DNA that has been discovered in prokaryotes is a mechanism involving loci called 'Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats', or CRISPRs. CRISPR associated (cas) genes encode cellular machinery that cuts exogenous DNA into small fragments and inserts them into a CRISPR repeat locus. When this CRISPR region of DNA is expressed by the cell, the small RNAs produced from the exogenous DNA inserts serve as a template sequence that other Cas proteins use to silence this same exogenous sequence. The transcripts of the short exogenous sequences are used as a guide to silence these foreign DNA when they are present in the cell. This serves as a kind of acquired immunity, and this process is like a prokaryotic RNA interference mechanism. The CRISPR repeats are conserved amongst many species and have been demonstrated to be usable in human cells, bacteria, C. elegans, zebrafish, and other organisms for effective genome manipulation. The use of CRISPRs as a versatile research tool can be illustrated by many studies making use of it to generate organisms with genome alterations.
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.
Another technology made possible by prokaryotic genome manipulation is the use of transcription activator like effector nucleases (TALENs) to target specific genes. TALENs are nucleases that have two important functional components: a DNA binding domain and a DNA cleaving domain. The DNA binding domain is a sequence specific transcription activator like effector sequence while the DNA cleaving domain originates from a bacterial endonuclease and is non specific. TALENs can be designed to cleave a sequence specified by the sequence of the transcription activator like effector portion of the construct. Once designed, a TALEN is introduced into a cell as a plasmid or mRNA. The TALEN is expressed, localizes to its target sequence, and cleaves a specific site. After cleavage of the target DNA sequence by the TALEN, the cell uses non homologous end joining as a DNA repair mechanism to correct the cleavage. The cell's attempt at repairing the cleaved sequence can render the encoded protein non functional, as this repair mechanism introduces insertion or deletion errors at the repaired site.
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.
So far, knockdown organisms with permanent alterations in their DNA have been engineered chiefly for research purposes. Also known simply as knockdowns, these organisms are most commonly used for reverse genetics, especially in species such as mice or rats for which transient knockdown technologies cannot easily be applied. There are several companies that offer commercial services related to gene knockdown treatments.