Вставка (генетика)
В генетике инсерция ДНК (также называемая инсерционной мутацией ) — это добавление одной или нескольких пар нуклеотидных оснований в последовательность . Это часто может происходить в микросателлитных областях из-за проскальзывания ДНК-полимеразы . Вставки могут быть любого размера: от одной пары оснований, неправильно вставленной в последовательность ДНК, до участка одной хромосомы, вставленного в другую. Считается, что механизм вставочных мутаций наименьшего одного основания заключается в разделении пар оснований между нитями матрицы и праймера с последующим укладкой несмежных оснований, которое может происходить локально в активном сайте ДНК-полимеразы. [1] На хромосомы уровне вставка означает вставку более крупной последовательности в хромосому. Это может произойти из-за неравного кроссинговера во время мейоза .
Добавление N-области представляет собой добавление некодируемых нуклеотидов во время рекомбинации терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой .
Инсерция P-нуклеотида представляет собой вставку палиндромных последовательностей , кодируемых концами рекомбинирующих генных сегментов.
Тринуклеотидные повторы классифицируются как инсерционные мутации. [2] [3] а иногда и как отдельный класс мутаций. [4]
Методы
[ редактировать ]Нуклеаза цинковых пальцев (ZFN) , эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN) , и редактирование генов CRISPR — три основных метода, использованных в предыдущих исследованиях для достижения вставки генов. А инструменты CRISPR/Cas уже стали одним из наиболее часто используемых методов представления исследований.
На основе инструментов CRISPR/Cas уже разработаны различные системы для реализации конкретных функций. Например, одной из стратегий является система разрезания двухцепочечных нуклеаз с использованием обычного белка Cas9 с одной направляющей РНК (sgRNA) и последующим внедрением гена посредством соединения концов или деления клеток с помощью системы репарации ДНК . [5] Другим примером является система первичного редактирования , в которой используется никаза Cas9 и направляющая РНК первичного редактирования (пегРНК), несущая целевые гены. [5]
Одним из ограничений современной технологии является то, что размер для точной вставки ДНК недостаточно велик. [6] для удовлетворения спроса на исследования генома. Транспозиция ДНК под контролем РНК является новой областью решения этой проблемы. [7] Ожидается, что более эффективные методы будут разработаны и применены в области генной инженерии.
Эффекты
[ редактировать ]Вставки могут быть особенно опасными, если они происходят в экзоне , кодирующей аминокислоту области гена . Мутация сдвига рамки считывания , изменение нормальной рамки считывания гена, возникает, если количество вставленных нуклеотидов не делится на три, то есть количество нуклеотидов на кодон . Мутации сдвига рамки считывания изменят все аминокислоты, кодируемые геном после мутации. Обычно вставки и последующая мутация сдвига рамки считывания приводят к тому, что активная трансляция гена сталкивается с преждевременным стоп-кодоном , что приводит к прекращению трансляции и образованию усеченного белка. Транскрипты, несущие мутацию сдвига рамки считывания, также могут разрушаться в результате нонсенс-опосредованного распада во время трансляции, что не приводит к образованию какого-либо белкового продукта. При трансляции усеченные белки часто не могут функционировать должным образом или вообще не могут функционировать и могут привести к любому количеству генетических нарушений в зависимости от гена, в котором происходит вставка. [8]
Вставки внутри кадра происходят, когда рамка считывания не изменяется в результате вставки; количество вставленных нуклеотидов делится на три. Рамка считывания остается неповрежденной после вставки, и трансляция, скорее всего, завершится до завершения, если вставленные нуклеотиды не кодируют стоп-кодон. Однако из-за вставленных нуклеотидов готовый белок будет содержать, в зависимости от размера вставки, множество новых аминокислот, которые могут повлиять на функцию белка.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Банавали, Нилеш К. (2013). «Частичное переворачивание оснований достаточно для проскальзывания цепи вблизи концов дуплекса ДНК». Журнал Американского химического общества . 135 (22): 8274–8282. дои : 10.1021/ja401573j . ПМИД 23692220 .
- ^ «Механизмы: генетическая изменчивость: типы мутаций» . Эволюция 101: Понимание эволюции для учителей . Музей палеонтологии Калифорнийского университета. Архивировано из оригинала 14 апреля 2009 г. Проверено 19 сентября 2009 г. ] Понимание эволюции для учителей. Дом. Проверено 19 сентября 2009 г.
- ^ Браун, Теренс А. (2007). «16 мутаций и репарация ДНК» . Геномы 3 . Гирляндная наука. п. 510. ИСБН 978-0-8153-4138-3 .
- ^ Фараоне, Стивен В.; Цуанг, Мин Т.; Цуанг, Дебби В. (1999). «5 Молекулярная генетика и психические заболевания: поиск механизмов заболеваний: типы мутаций» . Генетика психических расстройств: Руководство для студентов, врачей и исследователей . Гилфорд Пресс. п. 145 . ISBN 978-1-57230-479-6 .
- ^ Jump up to: а б Анзалоне, Эндрю В.; Коблан, Люк В.; Лю, Дэвид Р. (2020). «Редактирование генома с помощью нуклеаз CRISPR – Cas, базовых редакторов, транспозаз и прайм-редакторов» . Природная биотехнология . 38 (7): 824–844. дои : 10.1038/s41587-020-0561-9 . ПМИД 32572269 . S2CID 256820370 .
- ^ Сунь, Лэй, Юань; Ли, Гао, Ли, Юньцзя; Цао, Ян, Чао; Ван, Цзивэй; Ван, Яньпэн; Кевин Тяньменг, Caixia (2023). последовательностей ДНК в геномы растений с использованием редакторов PrimeRoot» : больших интеграция 10.1038 / s41587-023-01769 . « doi . - w Точная
- ^ Ван, Джой Ю.; Дудна, Дженнифер А. (2023). «Технология CRISPR: десятилетие редактирования генома — это только начало» . Наука . 379 (6629): eadd8643. doi : 10.1126/science.add8643 . ПМИД 36656942 . S2CID 255966509 .
- ^ Шмилович, А.; Бен-Гал, И. (2007). «Использование модели VOM для реконструкции потенциальных областей кодирования в последовательностях EST» (PDF) . Журнал вычислительной статистики . 22 (1): 49–69. дои : 10.1007/s00180-007-0021-8 . S2CID 2737235 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Пирс, Бенджамин А. (2013). Генетика: концептуальный подход (5-е изд.). У. Х. Фриман. ISBN 978-1-4641-5084-5 .