vaihtoehtoinen liittäminen
Splikeosomit
intronien liittäminen
muut liittämistapahtumat
yhdistelmä-DNA-teknologia
geenien yhdistämissovellukset
resurssit
geenit ovat DNA-sekvenssejä, jotka koodaavat proteiinia. Geeninsiirto on geenitekniikan muoto, jossa eri eliön genomiin lisätään tiettyjä geenejä tai geenisekvenssejä. Geeninsiirto voi viitata myös erityisesti deoksiribonukleiinihapon (DNA) jalostuksen aikana tapahtuvaan vaiheeseen sen valmistamiseksi muunnettavaksi proteiiniksi.
Geeninsiirtoa voidaan soveltaa myös molekyylibiologian menetelmiin, joilla pyritään integroimaan erilaisia DNA-sekvenssejä tai geenejä solujen DNA: han. Yksittäiset geenit koodaavat tiettyjä proteiineja, ja Human Genome Projectin tulosten perusteella on arvioitu, että ihmisruumiin jokaisessa solussa on noin 30 000 geeniä. Koska eri kudosten solutoiminnoilla on erilaisia tarkoituksia, geenit käyvät läpi monimutkaisen yhteistoiminnan, jolla pyritään säilyttämään sopiva geeniekspression taso kudoskohtaisella tavalla. Esimerkiksi lihassolut tarvitsevat toimiakseen tiettyjä proteiineja, ja nämä proteiinit eroavat huomattavasti aivosolujen proteiineista. Vaikka geneettinen informaatio on suurimmalta osin sama molemmissa solutyypeissä, erilaiset toiminnalliset tarkoitukset aiheuttavat erilaisia solutarpeita ja siksi eri kudostyypeissä syntyy erilaisia proteiineja.
geenejä ei ilmaista ilman oikeita signaaleja. Monet geenit voivat jäädä toimimattomiksi. Sopivalla geeniekspression stimulaatiolla solu voi tuottaa erilaisia proteiineja. DNA on ensin jalostettava muotoon, jonka solun muut molekyylit tunnistavat ja muuntavat sen sopivaksi proteiiniksi. Ennen kuin DNA voidaan muuttaa proteiiniksi, se on transkriboitava ribonukleiinihapoksi (RNA). RNA: n kypsymisessä on kolme vaihetta; liittäminen, rajaaminen ja polyadenylointi. Jokainen näistä vaiheista osallistuu vasta luodun RNA: n, RNA: n transkription, valmistamiseen niin, että se voi poistua tumasta hajoamatta. Geeniekspression kannalta RNA: n liittäminen on vaihe, jossa geenin liittäminen tapahtuu tässä yhteydessä tiettyihin paikkoihin koko geenin alueella. Geenin alueet, jotka on liitetty ulos, edustavat koodaamattomia alueita, jotka ovat välissä sekvenssejä, joita kutsutaan myös introneiksi. Prosessoituun RNA: han jäävää DNA: ta kutsutaan koodausalueiksi ja jokaista geenin koodausaluetta kutsutaan eksoneiksi. Siksi intronit ovat eksonien välisekvenssejä ja geenien liitos merkitsee intronien irrottamista ja eksonien liittymistä yhteen. Näin ollen lopullinen sekvenssi on lyhyempi kuin alkuperäinen koodaava geeni tai DNA-sekvenssi.
jotta voidaan ymmärtää, miten geenit ilmentyvät, on tärkeää ymmärtää, miten geeni muuttuu toiminnalliseen muotoonsa. Aluksi RNA: ta kutsutaan prekursori-RNA: ksi (tai pre-RNA: ksi). Pre-RNA: t muunnetaan tämän jälkeen edelleen toisiksi RNA: ksi, joita kutsutaan transferrna: ksi (tRNA), ribosomaaliseksi RNA: ksi (rRNA) tai lähetti-RNA: ksi (mRNA). mrnat koodaavat proteiineja translaatioprosessissa, kun taas muut Rnat ovat tärkeitä mRNA: n muuntamisessa proteiiniksi. RNA: n silmukointi luo toimivia RNA-molekyylejä esi-RNA: sta.
silmukointi etenee yleensä kunkin geenin osalta ennalta määrätyllä tavalla. Kokeet, jotka ovat pysäyttäneet transkription muodostumisen eri aikavälein, osoittavat, että liittäminen seuraa pääreittiä, joka alkaa jostakin intronista ja etenee valikoivasti toiseen, ei välttämättä viereiseen introniin. Vaikka muita reittejä voidaan seurata, jokaisella transkriptiolla on oma ensisijainen sekvenssinsä intronin poistoa varten.
vaihtoehtoinen liittäminen
yhdestä geenistä voidaan valmistaa lukuisia geenituotteita tai proteiineja, ja tätä prosessia kutsutaan vaihtoehtoiseksi liittämiseksi. Tällöin prosessoituun RNA: han jää erilainen eksonien yhdistelmä. Eri intronieksonipaikoissa geenin sisällä tapahtuvan vaihtoehtoisen geenin avulla voidaan luoda useita proteiineja samasta pre-RNA-molekyylistä. Proteiinit koostuvat useista domeeneista. Eri eksonit voivat koodata eri verkkotunnuksia. Selektiivinen liittäminen voi poistaa ei-toivottuja eksoneja sekä introneja. Vaihtoehtoisesta liitoksesta syntyvät proteiinien yhdistelmät liittyvät toisiinsa rakenteeltaan tai toiminnaltaan, mutta eivät ole identtisiä. Käyttämällä yhden geenin luoda useita proteiineja, solujen DNA voidaan hyödyntää tehokkaammin.
vuorottelu voi olla kudosspesifistä siten, että kaksi tai useampi eri solutyyppi valmistaa samasta alkuperäisestä geenistä eri proteiineja. Tai yksi solutyyppi voi muodostaa useita konfiguraatioita saman geenin avulla. Esimerkiksi B-soluksi kutsuttu immuunisolutyyppi valmistaa vasta-aineita lukuisille antigeeneille. Antigeenit ovat vieraita aineita, jotka laukaisevat immuunivasteen ja vasta-aineet sitoutuvat ja antigeenit siten, että ne voidaan hajottaa ja poistaa. Vaikka vasta-aineita voidaan tuottaa ääretön määrä, kaikki vasta-aineet jakautuvat yhteen viidestä perusalatyypistä. Vaihtoehtoista liittämistä käytetään näiden viiden vasta-ainetyypin luomiseen samasta geenistä.
vasta-aineet koostuvat useista immunoglo-buliini (Ig) – molekyyleistä. Näillä molekyyleillä puolestaan on useita domeeneja. Erityinen domeeni, jota kutsutaan raskaan ketjun vakioalueeksi, erottaa viisi vasta-ainetyyppiä, joita kutsutaan IgM: ksi, IgD: ksi, IgG: ksi, IgE: ksi ja IgA: ksi. Erityyppiset vasta-aineet palvelevat eri toimintoja kehossa ja toimivat erillisissä kehon kudoksissa. Igat erittyvät esimerkiksi ruoansulatuskanavan limakalvolle, ja IgGs kulkeutuu istukan läpi. Näitä raskasketjuisia alueita koodaava geeni sisältää eksoneja, jotka ohjaavat yksittäisten alatyyppien tuotantoa, ja geeni on vuoroin liitetty yhteen, jolloin saadaan lopullinen mRNA-transkriptio, joka voi tehdä minkä tahansa niistä.
useimmat geenit tuottavat vain yhden transkriptin; useita transkriptejä tuottavilla geeneillä on kuitenkin lukuisia solu-ja kehityshäiriöitä. Vaihtoehtoinen liitos ohjaa sukupuolen määrittämistä Drosophila melanogaster-kärpäsissä. Ja useat proteiinit ovat eri tavoin ilmaistuna samasta geenistä eri soluissa. Eri lihassolut käyttävät vuorotellen soluspesifisiä myosiiniproteiineja. Ja alkion solut eri kehitysvaiheissa tuottavat useita proteiinin muotoja, retinoiinihappoa. Jotkut transkriptit eroavat 5′ lopussa olevista vastaavista transkripteista ja toiset voivat vaihdella 3 ’ lopussa.
Spliseosomit
niitä molekyylejä tai molekyylikomplekseja, jotka todellisuudessa liittävät RNA: ta solun tumaan, kutsutaan reliseosomeiksi. Spliseosomit koostuvat pienistä RNAS-sekvensseistä, joita pienet lisäproteiinit sitovat. Tämä spliseosomikompleksi tunnistaa tiettyjä nukleotidisekvenssejä intronin ja eksonin rajalla. DNA: ta ja RNA: ta luetaan molemmat yleensä 5-3 suuntaan. Nimitys perustuu fosfo-diesterisidoksiin, jotka muodostavat DNA-ja RNA-säikeiden selkärangan. Intronit leikataan ensin niiden 5 ’päähän ja sitten niiden 3’ päähän. Tämän jälkeen kaksi vierekkäistä eksonia sidotaan yhteen ilman intronia. Spliseosomi on entsymaattinen kompleksi, joka suorittaa kukin näistä vaiheista pre-RNA: ta pitkin intronien poistamiseksi.
pienet RNA: t, jotka muodostavat spliceosomin, eivät ole mRNAs: iä, rRNAs: iä tai tRNAs: iä; ne ovat pieniä ydinrna: ita (snRNA: ita). snrnoja esiintyy hyvin pieninä pitoisuuksina tumassa. Snrnat yhdistyvät proteiineihin muodostaen pieniä ydinnukleaariproteiinihiukkasia. Useita snRNPs aggregaatti muodostaa spliceosome. Tämä sekundaarirakenne tunnistaa useita keskeisiä alueita intronissa ja intronin ja eksonin rajalla. Pohjimmiltaan snRNPs: llä on katalyyttinen kytkentä. Yksittäisten snRNP-komponenttien puuttuminen voi estää liitoksen. snRNPs on vain yksi monista komplekseista, jotka voivat säädellä geenin ilmentymistä.
snRNPs: n lisäksi joissakin introneissa on automaattinen (itse) liitosominaisuus. Näitä introneja kutsutaan ryhmän II introneiksi. Ryhmän II introneja on eräissä mitokondriogeeneissä, jotka ovat lähtöisin tumasta erillisestä perimästä, joka sijaitsee mitokondrioiksi kutsutussa solussa pienissä lokeroissa. Mitochrondria toimii energian tuottamiseksi solujen energiantarpeeseen. Vaikka kaikki kromosomaalinen DNA sijaitsee tumassa, muutama geeni sijaitsee solujen mitokondrioissa. Ryhmän II intronit muodostavat sisäisellä intronialueellaan toisiorakenteita samaan tapaan kuin ydinintronit. Nämä mitokondriaaliset intronit kuitenkin suuntaavat ekson-eksonin takaisin itseensä ilman snRNPs: ää.
intronien liittäminen
eri linkoussignaalisarjat ovat universaaleja ja niitä esiintyy jokaisessa intronikohdassa, kun taas jotkin signaalisarjat ovat ainutlaatuisia yksittäisille geeneille. DNA koostuu nukleotideiksi kutsutuista emäksistä, jotka edustavat DNA-aakkostoa. Emäksiä on neljä, adeniini (A), guaniini (G), tymiini (T) ja sytosiini (C). Useimmat korkeamman eliömuodon intronit alkavat nukleotidisekvenssillä G-T ja päättyvät sekvenssiin A-G. sekvenssit määrittelevät intronin ”vasemman” (5′) ja ”oikean” (3′) rajat ja niiden kuvataan noudattavan GT-AG-sääntöä. Mutaatiot missä tahansa näistä neljästä asennosta tuottavat introneja, joita ei voida poistaa normaaleilla liitosmekanismeilla. Sisällä intron on toinen erittäin säilynyt sekvenssi, joka on jonkin verran vaihtelua geenien lajin; tämä alue (kutsutaan haara sivusto) on alue, joka yhdistää 5′ loppuun intron, kun se on leikattu ja sitten kiharat ympäri muodostaen lariat muoto. Tämä lariat on intronissa oleva silmukka, joka muodostuu, kun se poistuu kypsyvästä RNA: sta.
muihin liittymistapahtumiin
liittämiseen voi liittyä myös muita molekyylejä kuin mRNA. trnat, joilla on ratkaiseva rooli aminohappojen yhdenmukaistamisessa syntetisoitavan proteiinin kanssa, voivat läpikäydä silmukoinnin. trnoja koodaa DNA vain
AVAINTERMIT
vasta-aine-molekyyli, jonka immuunijärjestelmä on luonut vasteena antigeenin (vieras aine tai hiukkanen) läsnäololle. Se merkitsee vieraita mikro-organismeja elimistössä tuhottavaksi muiden immuunisolujen toimesta.
antigeeni-molekyyli, yleensä proteiini, jonka elimistö tunnistaa vieraaksi ja jota kohti Se ohjaa immuunivasteen.
Capping-a modification to the 5′ end of a mature mRNA transkription.
sytoplasma-kaikki elävän solun protoplasma, joka sijaitsee tuman ulkopuolella, erotuksena nukleoplasmasta, joka on tumassa oleva protoplasma.
deoksiribonukleiinihappo (DNA) – solun geneettinen materiaali.
eksonit ovat DNA: n alueita, jotka koodaavat proteiinia tai muodostavat tRNA: ta tai mRNA: ta.
geeni —diskreetti periytymisyksikkö, jota edustaa kromosomissa sijaitseva DNA: n osa. Geeni on koodi tietynlaisen proteiini-tai RNA-molekyylin tuottamiselle ja siten tietynlaiselle periytyvälle ominaisuudelle.
genomi —eliön kantamien geenien kokonaisuus.
Intronit-Koodaamattomat sekvenssit geenissä, jotka linkittyvät ulos RNA: n käsittelyn aikana.
mitokondriot —tumasta erillinen solunsisäinen organelle, jolla on oma genomi ja joka on tärkeä energian tuottamisessa eri kudoksiin.
Polyadenylation-a modification to the 3′ end of a mature mRNA transkription.
yhdistelmä —DNA-DNA, joka leikataan tiettyjen entsyymien avulla niin, että siihen voidaan lisätä geeni-tai DNA-sekvenssi.
Splicesome —solunsisäinen koneisto, joka käsittelee RNA: ta poistamalla sekvenssistä introneja.
kuten kaikki muutkin RNA-molekyylit. Trnoilla on kuitenkin ainutlaatuinen rakenne ja tehtävä, joka eroaa muista RNA-molekyyleistä siinä, että ne vastaavat koodatun nukleotidisekvenssin varsinaisten proteiinien rakennusaineiden (aminohappojen) sovittamisesta proteiinin eli polypeptidin muodostamiseen. Koska näillä erikoistuneilla RNA: lla on ainutlaatuisia konformaatioita, entsyymit, jotka liittyvät eksoneihin intronin poistamisen jälkeen, eroavat niistä entsyymeistä, jotka yhdistävät introneja muihin RNA-molekyyleihin. Vaikka intronit poistuvat ja eksonit yhdistyvät, entsymaattiset molekyylit eivät ole samoja kuin mRNA: n prosessoinnissa käytetyt. Intronin poisto tRNA-prosessoinnissa on vähemmän riippuvainen sisäisistä intronisekvensseistä verrattuna muihin RNA-introneihin.
yhdistelmä-DNA-tekniikka
edistysaskel geenien yhdistämistapaa kuvaavien mekanismien ymmärtämisessä on johtanut tutkijoiden kykyyn leikata ja hehkuttaa nukleotidisekvenssejä, joita kutsutaan myös yhdistelmä-DNA-teknologiaksi. Koska splice tarkoittaa kirjaimellisesti erillisten päiden liittymistä toisiinsa, geenin splicing tarkoittaa lähes minkä tahansa nukleotidisekvenssin liittymistä uuden geenituotteen luomiseksi tai uuden geenisekvenssin käyttöönottamiseksi. Näin ollen melkein mikä tahansa geneettinen sekvenssi voitaisiin liittää toiseen sekvenssiin.
tiettyjä restriktioentsyymeiksi kutsuttuja entsyymejä käytetään laboratorioissa sekvenssien yhdistämiseen, liittämiseen (tai ligaatioon) ja nukleotidien poistamiseen tai lisäämiseen sekvensseihin. Restriktioentsyymejä käytetään yhdistelmä-DNA-teknologiassa poistamaan ja lisäämään geneettisiä sekvenssejä toisista sekvensseistä ja niihin. Tämän teknologian ansiosta jotkin bioteknologia-ja lääkeyhtiöt ovat voineet valmistaa suuria määriä välttämättömiä proteiineja lääketieteellisiin ja tutkimuksellisiin tarkoituksiin. Esimerkiksi ihmisen insuliiniproteiinia voidaan valmistaa runsaasti istuttamalla insuliinigeeni esimerkiksi bakteerien genomiin, jotta proteiinia saadaan tuotettua suuria määriä. Valokopiokoneen tavoin tällaiset sekvenssit voivat tuottaa paljon insuliinia diabeetikoille, jotka eivät pysty tuottamaan tarpeeksi insuliinia yksinään. Nämä potilaat voivat sitten itse pistää puhdistettua insuliinia sairautensa hoitoon.
Geeninsiirtotekniikkaa käyttäen on tuotettu rokotteita. Viruksen DNA voi siirtyä harmittoman bakteerikannan genomiin. Kun bakteerit tuottavat virusproteiinia, tämä proteiini voidaan kerätä talteen. Koska bakteerit kasvavat nopeasti ja helposti, suuri määrä tätä proteiinia voidaan erottaa, puhdistaa ja käyttää rokotteena. Se tuodaan yksilölle injektiona, joka aiheuttaa immuunivasteen. Kun ihminen saa luonnollisen altistuksen kautta viruksen, voidaan alkurokotteen ansiosta aloittaa nopea immuunivaste. Toinen geenien maustamistekniikan sovellus liittyy B-vitamiinin tuotantoon osallistuvaan geeniin. Tämä geeni on poistettu porkkanan genomista ja linkitetty riisin genomiin. Geenimuunneltu rekombinanttiriisikanta muunnetaan siten tuottamaan B-vitamiinia.tästä voi olla monia terveyteen liittyviä etuja erityisesti kolmannen maailman maissa, joissa riisi on tärkeä elintarvikelähde ja joissa ei ole saatavilla runsaasti vitamiineja sisältäviä elintarvikkeita.
Geeninsiirtotekniikka antaa siis tutkijoille mahdollisuuden lisätä uusia geenejä eliöiden perimän olemassa olevaan geneettiseen materiaaliin, jotta kokonaisia piirteitä, taudinkestävyydestä vitamiineihin, voidaan kopioida yhdestä organismista ja siirtää toiseen.
resurssit
kirjat
Hall, Stephen ja James Watson. Näkymättömät rajat: rotu syntetisoida ihmisen geeni. Oxford: Oxford University Press, 2002.
Keller, Evelyn Fox. Geenin vuosisata. Boston: Harvard University Press, 2002.
Lambrecht, Bill. Illallinen uudessa Geenikahvilassa: miten geenitekniikka muuttaa sitä, mitä syömme, miten elämme ja Ruokapolitiikkaa. New York: St. Martin ’ s Press, 2002.
Louise Dickerson