Инсерционный мутагенез

В молекулярной биологии инсерционный мутагенез — это создание мутаций в ДНК путем добавления одной или нескольких пар оснований . Такие инсерционные мутации могут возникать естественным путем, опосредованно вирусами или транспозонами , или могут быть искусственно созданы для исследовательских целей в лаборатории.

Сигнатура помечена мутагенезом

Это метод, используемый для изучения функции генов . Транспозону , такому как элемент P Drosophila melanogaster , позволяют интегрироваться в случайных местах генома изучаемого организма. Мутанты, полученные этим методом, затем проверяются на наличие необычных фенотипов . Если такой фенотип обнаружен, то можно предположить, что вставка привела к инактивации гена, относящегося к обычному фенотипу. Поскольку последовательность транспозона известна, ген можно идентифицировать либо путем секвенирования всего генома и поиска последовательности, либо с помощью полимеразной цепной реакции для амплификации именно этого гена.

Вирусный инсерционный мутагенез

Поскольку многие вирусы интегрируют свои собственные геномы в геномы своих клеток-хозяев для репликации, мутагенез, вызванный вирусными инфекциями, является довольно распространенным явлением. Однако не все интегрирующие вирусы вызывают инсерционный мутагенез.

Некоторые вставки ДНК не приведут к заметной мутации. Исторически лентивирусные векторы включали сильные вирусные промоторы, которые имели побочный эффект инсерционного мутагенеза, ядерные мутации ДНК, которые влияют на функцию гена. [1] Было показано, что эти сильные вирусные промоторы являются основной причиной образования рака . [1] В результате вирусные промоторы были заменены клеточными промоторами и регуляторными последовательностями. [1] Для тех вирусов, таких как гаммаретровирусы , которые имеют тенденцию интегрировать свою ДНК в генетически неблагоприятных местах, тяжесть любой последующей мутации полностью зависит от места в геноме хозяина, куда вставлена ​​вирусная ДНК. Если ДНК вставлена ​​в середину важного гена, последствия для клетки будут радикальными. Кроме того, вставка в область промотора гена может иметь столь же радикальные последствия. Аналогично, если вирусная ДНК вставлена ​​в репрессор , соответствующий ген промотора может быть сверхэкспрессирован, что приводит к переизбытку его продукта и изменению клеточной активности. Если ДНК вставлена ​​в область энхансера гена , ген может быть недостаточно экспрессирован, что приводит к относительному отсутствию его продукта, что может существенно нарушить активность клетки.

Изменение различных генов будет иметь различные эффекты на клетку. Не все мутации будут существенно влиять на пролиферацию клетки. Однако, если вставка происходит в важный ген или ген, который участвует в клеточной репликации или запрограммированной гибели клетки , вставка может поставить под угрозу жизнеспособность клетки или даже заставить клетку бесконечно реплицироваться, что приведет к образованию опухоли, которая может стать раковой.

Инсерционный мутагенез возможен независимо от того, относится ли вирус к самоинактивирующимся типам, обычно используемым в генной терапии, или способен к репликации. Вирус вставляет ген (известный как вирусный онкоген), обычно расположенный рядом с клеточным геном myc (c-myc). Ген c-myc обычно выключен в клетке; однако, когда он включен, он способен подтолкнуть клетку в фазу G1 клеточного цикла и заставить клетку начать репликацию, вызывая неконтролируемую пролиферацию клеток, позволяя при этом реплицироваться вирусному гену. После многих репликаций, когда вирусный ген остается латентным, начинают расти опухоли. Эти опухоли обычно происходят из одной мутировавшей/ трансформированной клетки (клональной по происхождению). Вирус лейкоза птиц является примером вируса, который вызывает заболевание путем инсерционного мутагенеза. У недавно вылупившихся цыплят, инфицированных вирусом лейкоза птиц, начинают формироваться опухоли, которые начинают появляться в их сумке Фабрициуса (как в тимусе человека). Эта вирусная вставка гена также известна как вставка промотора, поскольку она управляет экспрессией гена c-myc. Существует пример события инсерционного мутагенеза, вызванного ретротранспозоном в геноме человека, где он вызывает мышечную дистрофию типа Фукуямы. [2]

Инсерционная инактивация

Инсерционная инактивация — это метод, используемый в рекомбинантной ДНК -инженерии, где плазмида (например, pBR322 ) [3] используется для отключения экспрессии гена. [4]

Инактивация гена путем вставки фрагмента ДНК в середину его кодирующей последовательности. Любые будущие продукты из инактивированного гена не будут работать из-за дополнительных кодов, добавленных к нему. Примером является использование pBR322, который имеет гены, которые соответственно кодируют полипептиды, которые обеспечивают устойчивость к ампициллину и тетрациклину. Таким образом, когда генетический регион прерывается интеграцией pBR322, функция гена теряется, но приобретается новая функция гена (устойчивость к определенным антибиотикам).

Альтернативная стратегия инсерционного мутагенеза была использована у позвоночных животных для поиска генов, вызывающих рак. В этом случае транспозон, например, Спящая красавица , предназначен для прерывания гена таким образом, чтобы он вызывал максимальный генетический хаос. В частности, транспозон содержит сигналы для усечения экспрессии прерванного гена в месте вставки и последующего перезапуска экспрессии второго усеченного гена. Этот метод использовался для идентификации онкогенов . [5] [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Полетти, Валентина; Мавилио, Фульвио (2021). «Разработка лентивирусных векторов для генной терапии генетических заболеваний». Вирусы . 13 (8): 5. doi : 10.3390/v13081526 . ISSN  1999-4915. PMC 8402868.  PMID 34452394  .{{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  2. ^ "Ретровирусы". Архивировано из оригинала 4 мая 2015 г.
  3. ^ "Рекомбинантная ДНК". Архивировано из оригинала 2012-08-05 . Получено 2010-04-11 .
  4. ^ "Инсерционная инактивация". Архивировано из оригинала 2009-02-18 . Получено 2010-04-11 .
  5. ^ Carlson CM, Largaespada DA (июль 2005 г.). «Инсерционный мутагенез у мышей: новые перспективы и инструменты». Nat. Rev. Genet . 6 (7): 568–80. doi :10.1038/nrg1638. PMID  15995698. S2CID  3194633.
  6. ^ Ivics Z, Izsvák Z (2004). «Транспозируемые элементы для трансгенеза и инсерционного мутагенеза у позвоночных: современный обзор экспериментальных стратегий». Mobile Genetic Elements . Methods Mol. Biol. Vol. 260. pp. 255–76. doi :10.1385/1-59259-755-6:255. ISBN 1-59259-755-6. PMID  15020812.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Инсерционный мутагенез .
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Вставочный_мутагенез&oldid=1169650594"