Jump to content

Миниген

Миниген представляет собой минимальный фрагмент гена, который включает экзон и контрольные области, необходимые для экспрессии гена таким же образом, как фрагмент гена дикого типа . Это миниген в самом базовом смысле. Можно сконструировать более сложные минигены, содержащие несколько экзонов и интронов . Минигены предоставляют ценный инструмент для исследователей, оценивающих сплайсинга закономерности как в экспериментах по биохимической оценке in vivo , так и in vitro . [ 1 ] [ 2 ] В частности, минигены используются в качестве репортерных векторов сплайсинга (также называемых векторами захвата экзонов ) и действуют как зонд для определения того, какие факторы важны для результатов сплайсинга. Их можно сконструировать, чтобы проверить, как цис-регуляторные элементы (эффекты РНК) и трансрегуляторные элементы (ассоциированные белки / факторы сплайсинга ) влияют на экспрессию генов. [ 3 ]

Модифицированная диаграмма сплайсинга для сплайсинга минигенов
Паттерны сплайсинга пре-мРНК, показывающие конститутивные экзоны и интроны, а также вставленный фрагмент. Оранжевые линии показывают альтернативные результаты сплайсинга, диктуемые экзонными и интронными последовательностями (желтые и зеленые полосы), которые влияют на сплайсинг. Эти последовательности могут представлять собой энхансеры или сайленсеры сплайсинга, сайты связывания белков полипиримидинового тракта или другие элементы.

Минигены были впервые описаны как соматическая сборка сегментов ДНК и состояли из участков ДНК, которые, как известно, кодируют белок, и фланкирующих участков, необходимых для экспрессии белка. Этот термин был впервые использован в статье 1977 года для описания клонирования двух минигенов, предназначенных для экспрессии пептида. [ 4 ]

Сплайсинг РНК был открыт в конце 1970-х годов при изучении аденовирусов, которые проникают в млекопитающих и размножаются внутри них. Исследователи идентифицировали молекулы РНК, содержащие последовательности из несмежных частей генома вируса. Это открытие привело к выводу о существовании регуляторных механизмов, влияющих на зрелую РНК и гены, которые она экспрессирует. [ 5 ] Использование минигенов в качестве вектора, сообщающего о сплайсинге, для изучения эффектов регуляции сплайсинга РНК естественным образом последовало и остается основным применением минигенов на сегодняшний день.

Чтобы обеспечить хорошую модель минигена, фрагмент гена должен содержать все необходимые элементы, чтобы гарантировать, что он демонстрирует те же альтернативного сплайсинга (AS) паттерны , что и ген дикого типа , т. е. длина фрагмента должна включать все расположенные выше и ниже по ходу транскрипции. последовательности, которые могут повлиять на его сплайсинг. [ 1 ] [ 2 ] Поэтому большинство проектов минигенов начинаются с тщательного in silico анализа требований эксперимента, прежде чем проводиться какая-либо «мокрая» лабораторная работа. [ 6 ] С появлением биоинформатики и широким распространением компьютеров теперь существует несколько хороших программ для идентификации цис-действующих контрольных областей, которые влияют на результаты сплайсинга гена. [ 7 ] [ 8 ] а продвинутые программы могут даже учитывать результаты сплайсинга в различных типах тканей. [ 9 ] Различия в минигенах обычно отражаются на конечном размере фрагмента, который, в свою очередь, отражает сложность самого минигена. Количество чужеродных элементов ДНК (экзонов и интронов), вставленных в конститутивные экзоны и интроны данного фрагмента, варьируется в зависимости от типа эксперимента и искомой информации. Типичный эксперимент может включать минигены дикого типа , которые, как ожидается, будут нормально экспрессировать гены в сравнительном эксперименте с генетически сконструированными аллельными вариациями , которые заменяют ген дикого типа и клонируются в те же фланкирующие последовательности, что и исходный фрагмент. Эксперименты такого типа помогают определить влияние различных мутаций на сплайсинг пре-мРНК . [ 3 ]

Строительство

[ редактировать ]

После выбора подходящего геномного фрагмента (шаг 1) экзоны и интроны фрагмента могут быть вставлены и амплифицированы вместе с фланкирующими конститутивными экзонами и интронами исходного гена с помощью ПЦР . Праймеры для ПЦР могут быть выбраны так, чтобы они оставляли « липкие концы » на 3'-смысловых и антисмысловых цепях (Шаг 2). Эти «липкие концы» можно легко включить в вектор TOPO путем лигирования с коммерчески доступным источником, к которому уже прикреплена лигаза на момент включения. [ 10 ] (Шаг 3). Последующие векторы TOPO можно трансфицировать в клетки E.coli (шаг 4). После инкубации общую РНК можно извлечь из бактериальных колоний и проанализировать с помощью RT-PCR для количественной оценки соотношения включения/исключения экзонов (шаг 5). Миниген можно трансфицировать в различные типы клеток с различными факторами сплайсинга для проверки транс-действующих элементов (шаг 6). Экспрессированные гены или белки, которые они кодируют, можно проанализировать для оценки компонентов сплайсинга и их эффектов с помощью различных методов, включая гибридизацию или эксклюзионную хроматографию . [ 1 ] [ 2 ]

Типичный цикл конструирования минигена.

Использование

[ редактировать ]

По оценкам, ошибки сплайсинга РНК встречаются в трети генетических заболеваний. [ нужна ссылка ] Чтобы понять патогенез и определить потенциальные цели терапевтического вмешательства при этих заболеваниях, важно объяснить задействованные элементы сплайсинга. [ 11 ] Определение полного набора компонентов, участвующих в сплайсинге, представляет множество проблем из-за обилия альтернативного сплайсинга, который встречается в большинстве генов человека, и специфичности, с которой сплайсинг осуществляется in vivo . [ 2 ] Сплайсинг четко осуществляется от типа клеток к типу клеток и на разных стадиях клеточного развития. Следовательно, очень важно, чтобы любые предположения in vitro или биоинформатические о регуляции сплайсинга были подтверждены in vivo . [ 12 ] Минигены используются для выявления цис -регуляторных элементов, транс -регуляторных элементов и других регуляторов преждевременного сплайсинга РНК in vivo . [ 2 ] Минигены были применены для изучения широкого спектра генетических заболеваний из-за вышеупомянутого обилия альтернативно сплайсированных генов, а также специфичности и вариаций, наблюдаемых в регуляции сплайсинга. [ 1 ] [ 2 ] [ 12 ] Ниже приведены примеры использования минигенов при различных заболеваниях. Хотя это не исчерпывающий список, он дает лучшее понимание того, как используются минигены.

Эндокринные заболевания

[ редактировать ]

Ошибки сплайсинга РНК могут иметь серьезные последствия для функционирования белков, включая гормоны, выделяемые эндокринной системой . Такое воздействие на гормоны было идентифицировано как причина многих эндокринных нарушений, включая патологические состояния, связанные с щитовидной железой, рахит , гиперинсулинемическую гипогликемию и врожденную гиперплазию надпочечников . [ 13 ] Одним из конкретных примеров ошибки сплайсинга, вызывающей эндокринное заболевание, которое изучалось с использованием минигенов, является тип дефицита гормона роста , называемый изолированным дефицитом гормона роста (IGHD), заболевание, которое приводит к задержке роста. ИГГД типа II представляет собой аутосомно-доминантную форму, вызываемую мутацией в промежуточной последовательности (IVS), прилегающей к экзону 3 гена, кодирующего гормон роста 1, гена GH-1. Эта мутированная форма IVS3 приводит к пропуску экзона 3 в продукте мРНК. мРНК (-E3) кодирует усеченную форму гормона роста, которая затем ингибирует нормальную секрецию гормона роста. Минигены были использованы для определения того, что точечная мутация в энхансере сплайсинга интронов (ISE), встроенном в IVS3, виновата в пропуске E3. Более того, было установлено, что на функцию ISE влияет ближайший передвижной элемент переменного тока , показывая, что эта конкретная ошибка сращивания вызвана транс-действующим фактором. [ 14 ]

Нейродегенеративные заболевания

[ редактировать ]

Накопление тау-белка связано с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также другие таупатии . [ 15 ] Изоформы тау-белка создаются путем альтернативного сплайсинга экзонов 2, 3 и 10. Регуляция сплайсинга тау зависит от стадии развития, физиологии и местоположения. Ошибки при сплайсинге тау могут возникать как в экзонах, так и в интронах и, в зависимости от ошибки, приводить к изменениям в структуре белка или потере функции. [ 16 ] Агрегация этих аномальных тау-белков напрямую коррелирует с патогенезом и прогрессированием заболевания. Минигены использовались несколькими исследователями, чтобы помочь понять регуляторные компоненты, ответственные за сплайсинг мРНК гена TAU. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

Рак — сложное гетерогенное заболевание, которое может быть наследственным или возникать в результате воздействия окружающей среды. [ 18 ] Минигены используются, чтобы помочь онкологам понять роль пре-мРНК сплайсинга в различных типах рака. Особый интерес представляют специфичные для рака генетические мутации, которые нарушают нормальные события сплайсинга, в том числе те, которые затрагивают компоненты сплайсосом и РНК-связывающие белки, такие как гетерогенные ядерные рибонуклеочастицы (hnRNP) , белки, богатые серином/аргинином (SR) и малые рибонуклеопротеины (snRNP) . [ 19 ] [ 20 ] Белки, кодируемые аберрантно сплайсированными пре-мРНК, функционально различны и способствуют характерным аномалиям, проявляемым раковыми клетками, включая их способность пролиферировать, инвазировать и подвергаться ангиогенезу, а также метастазированию. [ 20 ] Минигены помогают исследователям выявлять генетические мутации при раке, которые приводят к ошибкам сплайсинга, и определять последующие эффекты, которые эти ошибки сплайсинга оказывают на экспрессию генов. [ 21 ] Используя знания, полученные в ходе исследований с использованием минигенов, онкологи предложили тесты, предназначенные для обнаружения продуктов аномальной экспрессии генов в диагностических целях. [ 22 ] перспектива использования минигенов в качестве иммунотерапии рака . Кроме того, изучается [ 23 ] [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д Стосс, О; Стоилов П; Хартманн, AM; Нейлер, О; Штамм, С. (декабрь 1999 г.). «Минигенный подход in vivo для анализа тканеспецифического сплайсинга». Исследования мозга. Протоколы исследования мозга . 4 (3): 383–94. дои : 10.1016/s1385-299x(99)00043-4 . ПМИД   10592349 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Купер, Томас А. (декабрь 2005 г.). «Использование минигенных систем для анализа альтернативных элементов сплайсинга». Методы . 37 (4): 331–340. дои : 10.1016/j.ymeth.2005.07.015 . ПМИД   16314262 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Девиат, ЛР; Перес, Б; Угарте, М. (2012). «Минигены для подтверждения мутаций пропуска экзона». Пропуск экзонов . Методы Мол. Биол. Том. 867. стр. 37–47. дои : 10.1007/978-1-61779-767-5_3 . ISBN  978-1-61779-766-8 . ПМИД   22454053 .
  4. ^ Пунян, М.С.; МакКомас, WW; Нуссбаум, Алабама (1977). «Химический синтез двух дезоксирибододекануклеотидов для прикрепления концов рестрикции к искусственному минигену». Джин . 1 (5–6): 357–72. дои : 10.1016/0378-1119(77)90040-3 . ПМИД   590743 .
  5. ^ Клэнси, С. (2008). «Сплайсинг РНК: интроны, экзоны и сплайсосомы». Природное образование . 1 (31).
  6. ^ Бердж, Кристофер. «Программное обеспечение лаборатории Берджа» . Архивировано из оригинала 30 марта 2019 года . Проверено 7 мая 2014 г.
  7. ^ Дивина, Петр; Квитковикова, Андреа; Буратти, Эмануэле; Вореховский, Игорь (14 января 2009 г.). «Ab initio предсказание индуцированной мутацией активации скрытого сайта сплайсинга и пропуска экзона» . Европейский журнал генетики человека . 17 (6): 759–765. дои : 10.1038/ejhg.2008.257 . ПМК   2947103 . ПМИД   19142208 .
  8. ^ Гродецка, Люси; Локерова, Павла; Равчукова, Барбора; Буратти, Эмануэле; Баралле, Франсиско Э.; Душек, Ладислав; Фрайбергер, Томас; Спилианакис, Харалампос Бабис (21 февраля 2014 г.). «Мутации первого нуклеотида экзона при сплайсинге: оценка инструментов прогнозирования in silico» . ПЛОС ОДИН . 9 (2): e89570. Бибкод : 2014PLoSO...989570G . дои : 10.1371/journal.pone.0089570 . ПМЦ   3931810 . ПМИД   24586880 .
  9. ^ Бараш, Джозеф; Ковбой-Гарсия, Джордж; Гонсалес-Валлинас, Джон; Сюн, Хуэй; Гао, Вэйцзюнь; Ли, Лео Дж.; Фрей, Брендан Дж. (2013). «АВИСПА: веб-инструмент для прогнозирования и анализа альтернативного сплайсинга» . Геномная биология . 14 (10): Р1 дои : 10.1186/gb-2013-14-10-r114 . ПМК   4014802 . ПМИД   24156756 .
  10. ^ «Этапы создания вектора ТОПО» . Науки о жизни . Проверено 7 мая 2014 г.
  11. ^ Лим, Киан; Хуат; Феррарис, Лусиана; Филлу, Мадлен Э.; Рафаэль, Бенджамин Дж.; Фэйрбратер, Уильям Г. (2011). «Использование позиционного распределения для идентификации элементов сплайсинга и прогнозирования дефектов обработки пре-мРНК в генах человека» . Труды Национальной академии наук . 108 (27): 11093–6. Бибкод : 2011PNAS..10811093H . дои : 10.1073/pnas.1101135108 . ПМК   3131313 . ПМИД   21685335 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Штамм, Стефан. «Stamms-lab.net» . Архивировано из оригинала 9 декабря 2013 года . Проверено 26 марта 2014 г.
  13. ^ Розария де Миранда, Элизабет (2009). «Влияние вариантов сплайсинга на нормальную физиологию и патологические состояния щитовидной железы» . Метабол эндокринолов Arq Bras . 53 (6): 709–714. дои : 10.1590/S0004-27302009000600003 . ПМИД   19893912 .
  14. ^ Муллис, ЧП (2010). «Генетика изолированного дефицита гормона роста» . J Clin Res Pediatr Эндокринол . 2 (2): 52–62. дои : 10.4274/jcrpe.v2i2.52 . ПМК   3014602 . ПМИД   21274339 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Кар, Амар; Фусими, Кадзуо; Чжоу, Сяохун; Рэй, Паял; Ши, Чен; Чен, Сяопин; Лю, Жижэнь; Чен, Она; Ву, Джейн Ю. (2011). «РНК-геликаза p68 (DDX5) регулирует сплайсинг тау-экзона 10 путем модуляции структуры «стебель-петля» в 5'-сайте сплайсинга» . Мол. Клетка. Биол . 31 (9): 1812–1821. дои : 10.1128/MCB.01149-10 . ПМК   3133221 . ПМИД   21343338 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Родригес-Мартин, Тереза; Карен Энтони; Мариано А. Гарсиа-Бланко; С. Гэри Мэнсфилд; Брайан Х. Андертон; Жан-Марк Галло (2009). «Коррекция неправильного сплайсинга тау, вызванного мутациями MAPT FTDP-17, путем опосредованного сплайсосомами транссплайсинга РНК» . Хум Мол Жене . 18 (17): 3266–3273. дои : 10.1093/hmg/ddp264 . ПМК   2722988 . ПМИД   19498037 .
  17. ^ Анфосси, М; Вуоно, Р; Малетта, Р; Вирди, К; Мирабелли, М; Колао, Р; Пуччо, Дж; Бернарди, Л; Франжипан, Ф; Галло, М; Джерачитано, С; Томаино, К; Курсио, SA; Заннино, Г; Ламенца, Ф; Дайкартс, К; Спиллантини, MG; Лоссо, Массачусетс; Бруни, AC (2011). «Составная гетерозиготность двух новых мутаций MAPT при лобно-височной деменции». Нейробиол Старение . 32 (4): 757.e1–757.e11. doi : 10.1016/j.neurobiolaging.2010.12.013 . ПМИД   21295377 . S2CID   5176440 .
  18. ^ Раджан, П.; Эллиотт, диджей; Робсон, Китай; Люнг, Хай (август 2009 г.). «Альтернативный сплайсинг и биологическая гетерогенность при раке простаты». Нат преподобный Урол . 6 (8): 454–460. дои : 10.1038/nrurol.2009.125 . ПМИД   19657379 . S2CID   30664940 .
  19. ^ Адлер, А.С.; МакКлеланд, ML; Да, С; Яйлаоглу, М; Хусейн, С; Косино, Э; Хиноны, Г; Модрусан, З; Сешагири, С; Торрес, Э; Чопра, В.С.; Хейли, Б; Чжан, З; Блэквуд, EM; Сингх, М; Юнттила, М; Стефан, JP; Лю, Дж; Пау, Г; Фирон, скорая помощь; Цзян, З; Файрштейн, Р. (май 2014 г.). «Интегративный анализ рака толстой кишки выявил важную функцию PRPF6 в росте опухоли» . Генс Дев . 28 (10): 1068–84. дои : 10.1101/gad.237206.113 . ПМК   4035536 . ПМИД   24788092 .
  20. ^ Перейти обратно: а б Го, Ронг; Юн Ли; Цзинин Нин; Дэн Сан; Ляньцзюнь Линь; Синьминь Лю (2013). «HnRNP A1/A2 и SF2/ASF регулируют альтернативный сплайсинг регуляторного фактора интерферона-3 и влияют на иммуномодулирующие функции в клетках немелкоклеточного рака легких человека» . ПЛОС ОДИН . 8 (4): e62729. Бибкод : 2013PLoSO...862729G . дои : 10.1371/journal.pone.0062729 . ПМЦ   3639176 . ПМИД   23658645 .
  21. ^ Кислота, Альберт; Дэвид Дж. Санс; Мерседес Дюран; Младенческое море; Люсия Перес-Каборнеро; Кристина Майнер; Эладио А. Веласко (2012). «Комплексный функциональный анализ сплайсинга вариантов ДНК гена BRCA2 гибридными минигенами» . рака молочной железы Исследования 14 (3):R8 дои : 10.1186/bcr3202 . ПМЦ   3446350 . ПМИД   22632462 .
  22. ^ Ди Джакомо, Д.; Гэйлдрат, П; Абули, А; Абдат, Дж; Фребур, Т; Тоси, М; Мартинс, А (2013). «Функциональный анализ большого набора вариантов экзона 7 BRCA2 подчеркивает прогностическую ценность показателей гексамеров при обнаружении изменений экзонных регуляторных элементов сплайсинга» . Хм. Мутат . 34 (11): 1547–57. дои : 10.1002/humu.22428 . ПМИД   23983145 . S2CID   22874730 .
  23. ^ Даниотти, Хосе Л.; Альдо А. Вилкес; Ванина Торрес Демикелис; Фернандо М. Руджеро; Макарена Родригес-Уокер (2013). «Гликозилирование гликолипидов при раке: основа разработки новых терапевтических подходов» . Передний Онкол . 3 : 306. doi : 10.3389/fonc.2013.00306 . ПМЦ   3867695 . ПМИД   24392350 .
  24. ^ Аурисиккио, Л; Фридман А; Багчи, А; Скарселли, Э; Ла Моника, Север; Силиберто, Дж. (январь 2014 г.). «Новый минигенный каркас для терапевтических противораковых вакцин» . Онкоиммунология . 3 (1): e27529. дои : 10.4161/onci.27529 . ПМК   4002591 . ПМИД   24790791 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • «Альтернативный сплайсинг пре-мРНК: теория и протоколы», Стефан Штамм, Крис Смит и Рейнхард Люрманн. ISBN   978-3527326068
  • «Молекулярная диагностика, второе издание», под ред. Джордж П. Патринос и Вильгельм Ансорж ISBN   0123745373
  • «ДНК-вакцины» под редакцией Хильдегун Эртль ISBN   1461349257
  • «Альтернативный сплайсинг и болезни (прогресс в молекулярной и субклеточной биологии)» Филиппа Жантера ISBN   3540344489
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: fa33324ee701077dc279c98f287c333b__1710049260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/fa/3b/fa33324ee701077dc279c98f287c333b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Minigene - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)