Bagaimana menulis dan menulis semula markah DNA

Bagaimana menulis dan menulis semula markah DNA

Dmitry Zharkov
"Sains Pertama" №4 (75), 2017

Sebagai tambahan kepada DNA teks biasa, yang ditulis dalam empat huruf A, G, T, dan C, genom kami mengandungi banyak arahan tentang cara membaca teks ini untuk membuat sesuatu yang bermakna. Kini penyelidik bukan sahaja memahami mekanisme untuk merekodkan arahan ini, tetapi juga mencipta cara untuk menulis semula mereka untuk mengawal selia proses selular.

Mengenai pengarang

Dmitry Olegovich Zharkov – Doktor Sains Biologi, Ketua Makmal Kejuruteraan Genomik dan Protein, Institut Biologi Kimia dan Perubatan Fundamental, Cawangan Siberian Akademi Sains Rusia (Novosibirsk), Ketua Laboratorium Kejuruteraan Protein, Universiti Negeri Novosibirsk. Pemenang peraduan Para Ilmuwan Terbaik Yayasan Sains Akademi Rusia 2004-2005. Diploma Presidium Akademi Sains Rusia untuk sumbangan kepada pembangunan angkatan produktif Siberia (2007). Hadiah nominal pentadbiran rantau Novosibirsk kepada saintis muda untuk pencapaian saintifik dalam bidang penyelidikan asas dan diterapkan (2009). Sijil Kehormat NSU selama bertahun-tahun bekerja keras untuk faedah universiti (2014). Diploma Kehormat Yayasan Rusia untuk Penyelidikan Asas untuk sumbangan besar kepada pembangunan sains, bertahun-tahun kerja yang bermanfaat dalam menyokong penyelidikan saintifik asas dalam Majlis Pakar Yayasan Rusia untuk Penyelidikan Asas (2015).Pengarang dan pengarang bersama 105 penerbitan saintifik dan 1 paten.

Sudah tentu, hak-hak yang paling mulia bagi mereka yang tidak peduli terhadap dirinya atau menghormati dirinya sendiri terheran atau memikirkannya lebih baik seolah-olah mereka dilayan dengan buruk pada masa yang sama seperti mereka yang sakit dan tidak menemui apa-apa yang tidak …

Sudah tentu, semua orang yang pergi ke kelas kesusasteraan sekolah akan mengenali permulaan "Eugene Onegin" dalam urutan huruf yang panjang ini. Tetapi, Tuhanku, tugas yang sukar adalah membaca keseluruhan novel Pushkin tanpa ruang, tempoh dan koma, garis putus dan stanza! Dan jika anda tidak perlu membaca, tetapi membaca dengan kuat dan dengan ekspresi? Dan bukan teks biasa dari sekolah, tapi yang baru? Dan jika tugasnya adalah mencari sajak dalam teks ini atau untuk menentukan saiz ayat?

Main di sini, jangan bermain di sini, ikan dibalut di sini

Jenis penulisan pertama dalam sejarah kelihatan seperti ini. Ia mengambil masa beberapa ribu tahun untuk orang ramai sampai kepada moden, biasa kepada kami jenis reka bentuk ucapan secara bertulis. Dan ini bukanlah keadaan yang paling sukar apabila teks bertulis memerlukan penjelasan untuk bacaan yang betul. Sesiapa yang telah meluangkan masa untuk meneliti notasi muzik, mengingati tajam dan rata, crescendo dan diminuendo, dan pelbagai tanda istimewa lain,tanpa nota yang dicatatkan tidak boleh dimainkan supaya Vivaldi atau Mozart ternyata. "Untuk bermain di sini, tidak bermain di sini, ikan dibalut di sini" – mengkaji semula miniatur yang indah dari V. Vinokur dan L. Oganezov, ini jelas dijelaskan di sana.

Semua perkara di atas secara langsung berkaitan dengan biologi. Dalam setiap sel badan kita terdapat "teks" DNA panjang yang terdiri daripada kira-kira 6 bilion "huruf" bergantian A, G, T dan C. Teks ini mengandungi semua arahan untuk membina mana-mana sel badan manusia. Oleh itu mengapa, jika teks adalah sama di mana-mana, di otak mengikut arahannya, neuron diperoleh, di hati – hepatosit, dan beberapa sel yang tidak mematuhi berjaya menjadi kanser? Jawapan kepada soalan itu adalah ringkas dan sangat rumit. Di dalam setiap sel, sebagai tambahan kepada teks DNA, ada arahan untuk membaca teks ini. Mereka boleh direkodkan dalam DNA itu sendiri dan dalam protein yang mengikatnya dalam nukleus sel. Tetapi bagaimana arahan ini berfungsi adalah masalah yang begitu luas dan tidak dapat difahami bahawa dalam biologi moden ia dianggap salah satu yang utama. Sekiranya urutan empat huruf adalah genetik tradisional dan molekul, maka arahan adalah subjek disiplin yang berasingan, epigenetik, atau "okolo-nenetic", jika sebahagiannya diterjemahkan daripada bahasa Yunani.

Apa yang kita ketahui tentang warisan gen dan ciri-ciri organisma adalah akibat daripada revolusi dalam biologi molekul yang berlaku pada pertengahan abad ke-20. terima kasih kepada tulisan J. Watson, F. Creek dan berpuluh-puluh rakan sekerja mereka, yang potretnya kini menghiasi buku teks dan laman Hadiah Nobel. Sudah pada masa itu menjadi jelas bahawa walaupun sifat yang diwarisi tidak selalu sepenuhnya ditentukan oleh urutan DNA nucleotides dalam genom sel atau organisma.

Sebagai contoh, dalam 50-an. abad lalu, ahli genetik Kanada A. Brink, bekerja dengan jagung, menemui satu fenomena yang dipanggilnya keberanian. Dia mengambil tumbuh-tumbuhan dengan dua alel berbeza gen merah1, yang bertanggungjawab untuk sintesis pigmen dan memberi butiran warna merah. Salah satu alel ini menghasilkan bijirin merah gelap, yang lain lebih ringan. Telah bersama-sama dengan alel merah cahaya dalam satu tumbuhan, merah gelap juga menjadi ringan, tanpa mengubah urutan nukleotidanya. Akibatnya dan banyak eksperimen lain, konsep kewujudan dua sistem pelengkap keturunan: genetik,yang berdasarkan urutan nukleotida, dan epigenetik, berdasarkan pengaktifan dan pengaktifan gen yang stabil.

Secara paradoks, walaupun jumlah penerbitan yang besar dan berkembang di epigenetik (pangkalan data Dihosarkan pada masa penulisan artikel ini adalah 64898), tidak ada definisi yang seragam mengenai konsep ini. Sesetengah saintis, mengikuti ahli genetik dan pakar embriologi Inggeris K. Waddington, memahami epigenetik semua perkara yang berlaku dalam tubuh semasa "kesedaran" genotip – manifestasinya dalam watak luar (fenotipa) dalam keadaan persekitaran tertentu. Pakar-pakar lain, bergantung pada kuasa ahli genetik yang sama-sama terkenal A. Riggs, R. Holliday dan J. Maynard-Smith, lebih sempit menafsirkan epigenetik sebagai warisan ciri yang tidak berkaitan dengan perbezaan dalam urutan DNA. Walau bagaimanapun, sehingga baru-baru ini, difikirkan bahawa mekanisme epigenetik bertanggungjawab untuk menyebarkan maklumat kepada sel anak perempuan tentang keadaan sel induk apabila dibahagikan, tetapi hanya dalam kes-kes yang luar biasa, mereka terlibat dalam menyebarkan maklumat dari generasi ke generasi dalam organisme multiselular.

Baik, buruk, neutral

Dua kaedah utama pengawalan epigenetik aktiviti gen dalam haiwan dan tumbuhan kini diketahui. Salah satunya adalah berdasarkan kepada pengubahsuaian kepada protein histone yang terbentuk nukleosomes – "gegelung" di mana DNA terluka dalam nukleus sel. Gegelung DNA-protein yang lebih padat dalam apa yang dipanggil chromatinbermakna kurang akses kepada DNA untuk enzim yang terkemuka transkripsi – Sintesis RNA oleh template DNA. Dan kurang RNA – protein yang kurang dihasilkan, kurang aktiviti gen.

Kaedah kedua didasarkan pada penggunaan asas DNA khas – 5-methylcytosine. Ia berbeza dari sitosin biasa dengan kehadiran kumpulan metil tambahan, yang menjadikannya lebih mirip dengan thymine – salah satu asas DNA biasa. Tetapi sitosin metilasi seperti ini tidak mungkin berlaku di mana-mana, tetapi hanya jika selepas sitostin guanine. Urutan tersebut dipanggil Cucian dinucleotides. Sekiranya mereka dikumpulkan di dalam DNA banyak dan dekat antara satu sama lain, pulau CpG diperoleh, yang paling sering dijumpai di kawasan promoter – plot gen yang "bacaan" mereka bermula, iaitu transkripsi.

Terdapat dua cara pengawalan epigenetik aktiviti gen.Salah satunya adalah berdasarkan kepada pengubahsuaian terhadap protein histone di mana DNA dilarutkan dalam nukleus sel seperti pada gegelung. Yang lebih ketat pembungkusan adalah di gegelung, DNA yang kurang tersedia untuk enzim yang mensintesiskan RNA dari templat DNA, iaitu, gen di kawasan pembungkusan padat akan tidak aktif. Pengubahsuaian epigenetik histones boleh menyumbang kepada perkiraan yang lebih bebas daripada "gegelung", sebagai hasilnya enzim mendapat akses ke rantau ini DNA, dan RNA, dan kemudian protein yang dikodkan dalam gen, boleh disintesis. Kaedah lain bagi peraturan epigenetik ialah metilasi, penambahan kumpulan metil kepada DNA, yang mana asas natrium sitosin ditukar kepada 5-methylcytosine. Kehadiran kumpulan metil, serta pengubahsuaian histones, akhirnya mengubah kepadatan pembungkusan DNA dan ketersediaan gen untuk enzim

Selalunya di sel-sel biasa kebanyakan dinukleotida CpG dalam genom manusia dimethylated, tetapi di pulau-pulau, sebaliknya, methylcytosine jarang berlaku. Tetapi dalam banyak sel kanser, pengedaran ini terganggu: pulau-pulau lebih banyak metilated, dan baki Cucian dinucleotides yang kurang. Malah, terdapat banyak metilcytosin dalam sel-sel yang kadang-kadang dipanggil "pangkalan DNA kelima".

Bagaimanakah kehadiran 5-methylcytosine dalam DNA mempengaruhi aktiviti gen? Dengan sifat pengkodannya, ia tidak berbeza dengan sitosin biasa, dan ia boleh dibaca dengan sempurna semasa transkripsi. Tetapi metil sitosin, lebih tepatnya, dinamakan CpG dinucleotides, diiktiraf oleh protein yang mengandungi apa yang dipanggil domain mengikat methyl (plot). Setelah mengikat DNA metilasi, mereka menarik protein lain yang membungkus kromatin lebih ketat, dan ini, seperti yang telah disebutkan, mengganggu transkripsi.

Sehingga baru-baru ini, segala-galanya dalam mekanisme ini kelihatan kurang jelas: sitosin "baik", ia menggalakkan aktiviti gen, metilcytosine "buruk," ia menindasnya. Tetapi senario mudah semacam itu, sebagai peraturan, tidak suka. Baru-baru ini, "huruf keenam" DNA ditemui – 5-hydroxymethylcytosine, mengenai sejarah penemuan yang akan kita bicar kemudian. Dia juga mempunyai kumpulan hidroksil yang ditambahkan kepada kumpulan metil, yang sangat membezakannya daripada metilcytosin dari sudut pandangan sel: ia diakui bukan oleh protein yang sama seperti metilcytosine, tetapi oleh yang sama sekali berbeza yang tidak membubarkan kromatin, tetapi, sebaliknya, menjadikannya kurang padat.Oleh itu, ia adalah hydroxymethylcytosine yang bertindak sebagai "superman" untuk meningkatkan aktiviti gen, dan sitosin mudah menjaga neutralitas dalam pertempuran abadi ini.

Kami menulis, memadam, menulis, memadam, menulis …

Mana-mana isyarat untuk itu dan isyarat bahawa ia boleh dihidupkan dan dimatikan, ditetapkan dan dibatalkan. Sudah tentu, jika terdapat pangkalan DNA khas yang mengubah aktiviti gen, maka salah satu soalan utama ialah: di mana mereka muncul dalam DNA dan di mana mereka hilang kemudian?

Enzim DNA-metiltransferase (methylase) khas DNMT1, DNMT3a dan DNMT3b mengenali dinukleotida CpG, konsisten berdiri cytosine dan guanine, dan membekalkannya dengan kumpulan metil. Akibatnya, 5-methylcytosine, yang menindas aktiviti gen, terbentuk. Selanjutnya, pangkalan ini boleh diubah menjadi 5-hydroxymethylcytosine dengan bantuan protein TET, dan sebaliknya, yang mempromosikan pengaktifan gen. Dan, akhirnya, dalam proses transformasi selanjutnya, juga ditengahi oleh enzim selular, pangkal ini lagi boleh berubah menjadi sitosin biasa.

Dengan methylcytosine, semuanya menjadi jelas untuk masa yang lama. Tiga puluh tahun yang lalu, enzim ditemui dalam sel-sel manusia Methyltransferase DNAatau metilasesyang mana tiga sudah diketahui – DNMT1, DNMT3a dan DNMT3b.Mereka mengenali dinukleotida CpG dan membekalkan mereka dengan kumpulan metil. Tiga enzim memainkan peranan yang sedikit berbeza. DNMT1 – "menyokong" metilase. Jika anda melihat dengan teliti, CpG dinucleotide merujuk kepada palindromic urutan yang dibaca dengan cara yang sama di kedua-dua arah di sepanjang rantaian pelengkap. Oleh itu, metilcytosin tidak ada satu, tetapi dua, dan selepasnya replikasi – Penyalinan DNA semasa pembahagian sel – ia perlu untuk methylate lagi segar, sitosin yang baru dimasukkan ke dalam strand DNA baru, iaitu apa yang dilakukan oleh DNMT1 metilase. Tidak seperti yang kedua, DNMT3a dan DNMT3b dapat methylate DNA dari awal, walaupun ia tidak mempunyai methylcytosine. Pembaca yang prihatin mungkin bertanya: di manakah DNMT2? Terdapat protein seperti itu, hanya ia tidak methylate DNA, tetapi RNA, dan kita tidak akan membincangkannya.

Dinameklepide CpG tergolong dalam urutan palindromic: ia berbunyi dengan cara yang sama di kedua-dua arah di sepanjang helai DNA pelengkap. Satu helai DNA adalah polimer – "manik", yang terdiri daripada 4 jenis manik-nukleotida: adenine (A), timin (T), guanine (G) dan sitosin (C). Dua helai DNA dipegang bersama oleh interaksi antara pasangan nukleotida yang sepadan dengan satu sama lain, sebagai kunci kepada kunci: A – ke T, G – ke C.Methylcytosines, oleh itu, dalam dua dinucleotide CpG, dan selepas replikasi (dua kali ganda) DNA dalam proses pembahagian sel, "baru" mesti dimethilated lagi. Methylase DNMT1 terlibat dalam ini.

Pengenalan dengan protein, metilasi DNA, kita mengakhiri dengan menyebutkan bahawa ia wujud dalam bakteria. Bakteria tidak mencipta peraturan epigenetik yang melibatkan 5-methylcytosine, tetapi mereka mempunyai sistem yang dipanggil pengubahsuaian sekatanyang melindungi mereka daripada virus. Dalam sel bakteria, sebagai peraturan, terdapat enzimenzim sekatan, memotong DNA ke dalam urutan tertentu, dan metilases, pengiktirafan dan metilasi urutan ini. Sekiranya virus memasuki sel, DNAnya dipotong, dan DNA bakterinya dilindungi daripada metilasi.

Pelbagai cara untuk mengenal pasti urutan dan jenis metilasi di dunia bakteria adalah hebat, tetapi beberapa mikroorganisma, sebagai contoh spiroplasm (mikroba simbiotik yang hidup di dalam usus serangga), ia adalah 5-metilcytosin yang digunakan dalam dinucleotides CpG. Untuk ini mereka sangat gemar saintis, kerana untuk tujuan eksperimen, methylase M.SssSaya dari penggunaan spiroplasma bukanlah contoh yang lebih mudah daripada protein manusia.

Kisah menghilangkan tanda epigenetik jauh lebih rumit. Untuk jangka masa yang panjang diandaikan bahawa sel tidak melakukan ini sama sekali, tetapi hanya berhenti menyokong metilasi di beberapa tempat dalam genom, dan selepas beberapa bahagian sel sebahagian besar keturunan sel tidak akan mengandungi metilcytosin di tempat ini. Walau bagaimanapun, banyak sel di dalam tubuh manusia tidak membahagikan sama sekali, tetapi mereka boleh mengeluarkan label metil. Dalam kes lain, methylcytosine dikeluarkan dari DNA lebih cepat daripada membolehkan pembahagian sel. Oleh itu, apabila sistem demethylation aktif akhirnya ditemui, semua penyelidik yang terlibat dalam epigenetics menarik nafas lega. Dan mekanisme itu ternyata sangat menarik.

Kita memecahkan diri kita, kita membaikinya sendiri

Mengenai sistem Pembaikan DNA "Sains secara langsung" telah berulang kali ditulis (Zharkov, 2006; Khodyreva, Lavrik, 2007; Zharkov, 2009; Sidorenko, Grollman, Zharkov, 2013; Kosova, Khodyreva, Lavrik, 2013). Sistem ini membantu kita untuk terus hidup, walaupun terdapat puluhan ribu kerosakan DNA yang setiap sel tubuh kita mengalami setiap hari sebagai di bawah pengaruh sebab-sebab luaran (sinar matahari, radiasi, toksin memasuki badan)dan disebabkan oleh proses biokimia yang tidak dapat dielakkan (utama "penjahat" di sini – oksigen dan air).

Yang paling penting dalam cara pembayaran ganti, pembaikan pemulihan asasIa bermula dengan fakta bahawa asas yang rosak diiktiraf dan dipotong dari DNA oleh salah satu enzim kepunyaan kelas glikosilase DNA. Kemudian beberapa lagi protein bertindak berturut-turut, dan sebagai akibatnya, DNA biasa digantikan dengan "huruf" DNA yang rosak.

Skema pembaikan pengecualian asas nitrogen dengan kompleks protein yang mengkhususkan diri dalam pembaikan "minor" kerosakan kecil ke pangkalan DNA yang tidak disertai oleh penyelewengan besar helix ganda. Pengangkut enzim seperti pembaikan bukan sahaja membaiki kerosakan spontan, tetapi juga sesuai untuk mengeluarkan sebarang asas yang diubahsuai dari DNA. Oleh: (Khodyreva, Lavrik, 2007)

Biasanya, pembaikan ditarik balik dalam konteks perjuangan menentang kerosakan DNA, mutasi dan kanser. Walau bagaimanapun, adalah mudah untuk melihat bahawa penghantar enzim sedemikian sesuai untuk mengeluarkan mana-mana asas yang diubahsuai dari DNA, dan bukan hanya kerosakan spontan.Jurutera yang akan ditugaskan untuk mencipta satu sistem yang menghilangkan metilcytosine dari DNA tidak akan memikirkan masa yang lama: tentu anda perlu membina glikosilase DNA yang memotongnya, dan kemudian pembaikan itu sendiri akan menutup lubang dengan sitosin biasa. Dan jurutera tidak akan benar-benar salah: ia di sepanjang jalan ini bahawa tumbuh-tumbuhan, yang juga mempunyai sistem epigenetik menggunakan 5-metilcytosin, pergi.

Tetapi pada haiwan segalanya lebih rumit, dan ini sekali lagi mengingatkan kita tentang perbezaan antara seorang jurutera yang aktif menggunakan kepala yang berada di bahunya dan evolusi yang bekerja pada prinsip "itu akan berhasil sekurang-kurangnya entah bagaimana, dan kemudian ia akan memperbaiki dirinya sendiri." Pertama, kumpulan metil 5-methylcytosine dioksidakan oleh salah satu protein TET (terdapat tiga dari mereka pada manusia). Ini menghasilkan 5-hydroxymethylcytosine yang sama, yang mengaktifkan gen. Jika kita perlu menukar gen dari aktif ke aktif, kita telah mencapai matlamat. Dan jika perlu untuk memulihkan keadaan neutral dengan sitosin, maka kumpulan metil yang sama boleh dioksidakan dalam dua langkah dengan pembentukan 5-formilcytosin dan 5-carboxylcytosine. Yang terakhir ini tidak lagi mengaktifkan dan tidak menghalang dan dilihat oleh sistem pembaikan sebagai kerosakan yang diperbaiki,menyebabkan sitosin. Pada masa yang sama, anda boleh mengeluarkan kumpulan amino bekas methylcytosine dan mengubahnya ketogroup (lebih mudah – pada atom oksigen). Ini dilakukan oleh beberapa enzim khas.deaminase, dan ini juga merosakkan sistem pembaikan yang akan dikeluarkan.

Boleh dikatakan bahawa penyelidikan baru-baru ini dalam bidang epigenetik telah mengubah pandangan kita terhadap DNA. Gambar sekolah empat huruf kini nampak sangat sederhana: sel untuk aktiviti pengawalseliaan gen sentiasa aktif menggantikan banyak huruf ini dengan orang lain yang bukan sebahagian daripada abjad pendek ini. Telah jelas bahawa kes itu tidak terhad kepada methylcytosine dan hydroxymethylcytosine, dan terdapat contoh apabila alasan, sebelum ini dianggap ganti rugi, melaksanakan fungsi yang berguna. Sebagai contoh, sel-sel sistem imun kita secara aktif merosakkan gen yang menyandi antibodi – ini membantu mereka dengan cepat bermutasi dan mencari melalui pelbagai varian antibodi untuk mencari mereka yang akan mengenali patogen yang menyerang dalam tubuh kita. Kadang-kadang ia adalah strategi yang sangat berkesan untuk menggantikan yang lama dengan yang baru.

Twist di tempat yang betul

Oleh itu, kita tahu bagaimana sel-sel meletakkan DNA dan menghapuskan epigenetic tags daripadanya. Bolehkah kita mengambil kesempatan ini? Matikan oncogene aktif dalam sel kanser atau sebaliknya, tolak gen yang tidak aktif yang diingini?

Soalan utama ialah: bagaimana untuk mensasarkan genom kepada protein yang memperkenalkan atau menghapuskan pengubahsuaian epigenetik? Dan hanya dalam bidang penargetan sedemikian pada tahun-tahun kebelakangan ini terdapat satu lagi revolusi dalam biologi, yang menjanjikan prospek begitu besar dalam kejuruteraan organisma hidup yang hanya dapat dibandingkan dengan penciptaan mekanik Newtonian, yang membolehkan para jurutera merancang jambatan dan kapal yang tidak tenggelam. Majalah kami juga menulis tentang pencapaian ini, yang disatukan oleh nama "pengeditan genom" yang sama (Vlasov, Pyshny, Zharkov, 2014, Medvedev, 2014; Zakian, Vlasov, Medvedev, 2014;), jadi kami merujuk artikel ini untuk butiran pembaca, kami hanya menyebut perkara yang paling penting.

Sekarang terdapat tiga sistem utama yang mensasarkan tempat yang tepat dalam genom. Satu adalah berdasarkan jari-jari zink, motif protein yang diagihkan secara meluas yang mengiktiraf kepingan kecil DNA.Dengan menggabungkan beberapa "jari" dengan urutan DNA yang berlainan, mungkin dengan tepat menangani protein yang mereka sediakan ke tempat yang unik dalam genom. Sistem yang dipanggil pengesan TAL, yang diambil dari bakteria Xanthomonasyang menyebabkan banyak penyakit tumbuhan: seksyen kecil protein yang mengakui satu pasangan asas digabungkan untuk mensasarkan urutan DNA tertentu. Akhirnya, sistem yang paling popular untuk hari ini, CRISPR / Cas9, menggunakan urutan RNA yang sepadan dengan rantau DNA yang dikehendaki untuk dialamatkan. Jika kita mahu menargetkan RNA atau proteinnya ke rantau tertentu dalam genom, kita membuat protein buatan yang menggabungkan modul pengalamatan, dibina berdasarkan salah satu sistem yang disebutkan, dan modul aktif yang, misalnya, akan methylate atau demethylate DNA.

Pada masa ini, terdapat tiga sistem penargetan utama di tempat yang betul dalam genom untuk diedit. Yang pertama adalah berdasarkan enzim modul protein "zink fingers" zink-finger (A). Setiap jari zink dari nukleus ini dapat "belajar" dan secara khusus mengikat kepada urutan DNA khusus tiga nukleotida. Sistem yang kedua, serupa adalah berdasarkan kepada para pelaksana TAL (B).Setiap domain protein TAL mengiktiraf satu nukleotida DNA. Kedua-dua nukleus menggunakan domain nuclease FokI untuk memotong DNA. Sistem pengeditan genom yang paling popular adalah CRISPR / Cas9 (In) menggunakan RNA pendek sebagai struktur pengiktirafan DNA. Idea untuk mewujudkan sistem sedemikian dilahirkan ketika mengkaji mekanisme yang digunakan oleh bakteria untuk melindungi terhadap virus patogenik mereka (bacteriophages). Asas sistem adalah kompleks protein Cas9, yang mampu memotong sehelai DNA, dan panduan RNA yang dapat mengenali dan mengikat wilayah tertentu dari DNA sasaran.

Adalah adil untuk mengatakan bahawa percubaan pertama untuk menargetkan metilasi DNA sepenuhnya bebas daripada protein. Kembali pada 1990-an. mereka belajar bagaimana untuk memperkenalkan oligonukleotides ke dalam sel – kepingan kecil DNA yang mengandungi metilcytosine di tempat yang betul – dengan jangkaan bahawa mereka akan mengikat kepada DNA pelengkap, dan sistem metilasi yang menggunakan enzim DNMT1 akan mengambil ini untuk kesan replikasi dan memasukkan metilcytosine di tempat yang betul. Ia juga berfungsi, tetapi secara keseluruhan kecekapan prosesnya sangat rendah. Pada tahun 1997, saintis akhirnya mendapati pendekatan pertama sistem spesies moden. Di makmal T.Bestor di Columbia University (USA) bergabung bersama modul pengalamatan jari-jari zink dan modul aktif dalam menghadapi methylase M. bakteria yang disebutkan di atas.SssI. Hasil yang dihasilkan secara in vitro DNA methylated sempurna di tempat yang betul. Pada tahun 2003, M. Kladde dari University of Texas (USA) mengambil langkah seterusnya dengan menguji metilase hibrid yang sama di dalam sel hidup, iaitu dalam ragi, yang tidak mempunyai sistem metilasi mereka sendiri

Sebelum kemunculan sistem pengalamatan, penyelidik cuba mengubah entah bagaimana status metilasi global genom sel manusia dan mencapai kejayaan di jalan ini. Dalam onkologi klinikal, ubat azacytidine dan decitabine digunakan untuk melawan leukemia – ini adalah analog sitosin yang tidak dapat dimethat, dan gen yang membunuh mereka diaktifkan dalam sel-sel malignan. Pendekatan yang sama, hanya dengan ubat-ubatan lain, digunakan dalam rawatan anemia sel sabit, penyakit di mana salah satu rantai protein hemoglobin dimutarkan. Dengan demethylation global, gen di dalam janin janin dipicu.Biasanya, pada orang dewasa, mereka tidak seharusnya berfungsi, tetapi aktivasi mereka membantu pesakit mempunyai sekurang-kurangnya beberapa jenis hemoglobin berfungsi.

Selepas kemungkinan utama pengeditan sasaran tag epigenetik ditunjukkan, varian baru yang menggunakan pelbagai modul dan modul aktif jatuh seperti baldi. Sekarang dengan bantuan sistem pengeditan genom moden, hampir semua enzim yang diketahui dari sistem metilasi dan demetilasi telah diuji. Tapi persoalannya tetap: apakah perlu? Apakah nilai yang boleh berubah dalam metilasi untuk sel dalam satu tempat tertentu? Tidakkah ia berubah agar dapat mengubah teg epigenetik yang mengawal selia satu gen, kita perlu memasukkan puluhan dan beratus-ratus protein dengan alamat yang berbeza ke dalam sel?

Walaupun nampaknya jawapan kepada soalan-soalan ini agak optimis. Eksperimen Kladde juga menunjukkan bahawa dalam yis bukan sahaja satu tapak tertentu yang mana metilase hibrid ditangani adalah metilated, tetapi juga CpG dinucleotides untuk beberapa ratus nucleotides sekitar. Pada masa akan datang, kumpulan saintis lain telah menunjukkan bahawa kedua-dua metilasi dan demetilasi seolah-olah "merayap" ke tepi tempat asalnya perubahan itu.Dan pada tahun 2014, selepas menganalisis sejumlah besar data mengenai aktiviti metilasi dan gen, konsortium antarabangsa, termasuk ahli sains Rusia, menyimpulkan bahawa saintis memanggil "metilasi cahaya lalu lintas": untuk kira-kira 17% daripada dinucleotides CpG, ada pergantungan aktiviti gen dari keadaan metilasi satu CpG tertentu.

Jadi, nampaknya untuk mengurus aktiviti gen agak nyata. Kejuruteraan sistem hidup telah melupuskan alat berkuasa baru.

Sastera
1. Vlasov V. V., Pyshny D. V., Zharkov D. O. Pengambilan molekul purba // Sains yang pertama. 2014. T. 57/58. No. 3/4. Ms 84-91.
2. Green I. R., Petrova D. V., Zharkov D. O. Mengedit Pengubahsuaian Epigenetic DNA // Gen dan Sel. 2016. Vol. 11. No. 2. P. 53-60.
3. Zharkov D. O. Riddles "berkarat" DNA // Science secara langsung. 2006. V. 12. No. 6. P. 24-35.
4. Zharkov D. O. Genome sentinel // Science first-hand. 2009. Vol. 28. No. 4. C. 160-169.
5. Zakian S.M., Vlasov V.V., Medvedev S.P. "Penyunting genom". Dari "jari-jari zink" ke CRISPR // Science Firsthand. 2014. T. 56. № 2. S. 44-53.
6. Kosova A.A., Khodyreva S.N., Lavrik OI. DNA di kunci // Science first-hand. 2013. V. 53/54. No. 5/6. P. 14-21.
7. Medvedev S.P. Cara menyunting keturunan // Sains secara langsung. 2014. T. 55. No. 1. P. 10-13.
8. Sidorenko A.S., Grollman A., Zharkov D.O.Detektif toksikologi, atau Kes nephropathy endemik Balkan // Sains secara langsung. 2013. V. 53/54. No. 5/6. Ms 22-33.
9. Khodyreva S. N., Lavrik O. I. Bagaimana pembaikan sel DNA // Sains pertama. 2007. V. 15. No. 3. S. 82-89.
10. Goll M. G., Bestor T. H. Eukaryotic cytosine methyltransferases // Annu. Wahyu Biochem. 2005. V. 74. P. 481-514.
11. Wu X., Zhang Y. Demetilasi DNA yang dikuasai TET-mediated: Mekanisme, fungsi dan seterusnya // Nat. Wahyu Genet. 2017. V. 18. N. 9. P. 517-534.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: