Вставка (генетика)

Иллюстрация вставки на уровне хромосомы.

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

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

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 укороченные 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

Ссылки

^ 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, Чао, Юань; Ли, Гао, Ли, Юньцзя; Цао, Ян, Чао; Ван, Цзивэй; Ван, Яньпэн; Кевин Тяньменг; Гао, Caixia (2023). интеграция больших последовательностей ДНК в геномы растений с использованием редакторов PrimeRoot» . Точная « 1–12. : 10.1038 /s41587-023-01769- PMID 37095350. w doi S2CID 258311438 .
^ 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

Пирс, Бенджамин А. (2013). Генетика: концептуальный подход (5-е изд.). У. Х. Фриман. ISBN 978-1-4641-5084-5 .

[1] 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 .

[2] «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.

[3] Браун, Теренс А. (2007). «16 мутаций и репарация ДНК» . Геномы 3 . Гирляндная наука. п. 510. ИСБН 978-0-8153-4138-3 .

[4] 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 .

[:0-5] 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 .

[6] Сунь, Чао, Юань; Ли, Гао, Ли, Юньцзя; Цао, Ян, Чао; Ван, Цзивэй; Ван, Яньпэн; Кевин Тяньменг; Гао, Caixia (2023). интеграция больших последовательностей ДНК в геномы растений с использованием редакторов PrimeRoot» . Точная « 1–12. : 10.1038 /s41587-023-01769- PMID 37095350. w doi S2CID 258311438 .

[7] 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 .

[8] 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 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]