Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип мутации
Type of mutation
В генетике вставка (также называемая мутацией вставки) – это добавление одной или нескольких пар нуклеотидных оснований в последовательность ДНК. Это часто происходит в микроспутниковых областях из-за соскальзывания ДНК-полимеразы. Вставки могут быть различного размера – от одной ошибочно вставленной пары оснований в последовательность ДНК до участка одной хромосомы, вставленного в другую. Механизм мутаций вставки одного основания, как считается, заключается в разделении пары оснований между матричной и праймерной цепями с последующим наложением несмежных оснований, что может происходить локально в активном центре ДНК-полимеразы. На уровне хромосом вставка относится к вставке более крупной последовательности в хромосому. Это может происходить из-за неравного кроссинговера во время мейоза. Добавление N-региона – это добавление некодирующих нуклеотидов во время рекомбинации терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой. P-нуклеотидная вставка – это вставка палиндромных последовательностей, кодируемых концами рекомбинирующих сегментов генов. Тринуклеотидные повторы классифицируются как вставные мутации, а иногда и как отдельный класс мутаций.
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.
Методы
Нуклеазы цинковых пальцев (ZFN), нуклеазы, подобные эффекторным активаторам транскрипции (TALEN), и редактирование генов CRISPR – это три основных метода, использовавшихся в предыдущих исследованиях для вставки генов. Инструменты CRISPR/Cas уже стали одними из наиболее востребованных методов в современных исследованиях. На основе инструментов CRISPR/Cas разработаны различные системы для выполнения специфических функций. Например, одна из стратегий – система разрезания двухцепочечной ДНК, использующая обычный белок Cas9 с однонаправляющей РНК (sgRNA), после чего вставка гена достигается посредством соединения концов или рекомбинации в делящихся клетках с системой восстановления ДНК. Другой пример – система прайм-редактирования, использующая Cas9-никазу и прайм-РНК-гид редактирования (pegRNA), несущую целевые гены, для удовлетворения потребностей геномных исследований. РНК-направляемая транспозиция ДНК – это развивающаяся область, призванная решить эту задачу. Ожидается разработка и применение более эффективных методов в области геномной инженерии.
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.
Эффекты
Вставки могут быть особенно опасными, если они происходят в экзоне – области, кодирующей аминокислоты гена. Мутация со сдвигом рамки чтения, изменение нормальной рамки считывания гена, возникает, если число вставленных нуклеотидов не кратно трем, то есть числу нуклеотидов в кодоне. Мутации со сдвигом рамки чтения изменяют все аминокислоты, кодируемые геном после места мутации. Как правило, вставки и последующая мутация со сдвигом рамки чтения приводят к тому, что в процессе активной трансляции ген сталкивается с преждевременным стоп-кодоном, что вызывает остановку трансляции и образование укороченного белка. Транскрипты, содержащие мутацию со сдвигом рамки чтения, также могут подвергаться деградации посредством Nonsense-опосредованного распада во время трансляции, что исключает образование какого-либо белкового продукта. Если такой укороченный белок все же транслируется, он часто не способен нормально функционировать или функционировать вообще и может приводить к различным генетическим нарушениям, в зависимости от гена, в который произошла вставка. Вставки в рамке происходят, когда рамка считывания не нарушается в результате вставки; число вставленных нуклеотидов кратно трем. Рамка считывания остается неизменной после вставки, и трансляция, скорее всего, завершится, если вставленные нуклеотиды не кодируют стоп-кодон. Однако из-за вставленных нуклеотидов конечный белок будет содержать, в зависимости от размера вставки, несколько дополнительных аминокислот, которые могут повлиять на его функцию.
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.