유전자 발현의 개요

유전자 발현은 세포의 DNA에 포함된 정보가 기능성 제품을 만드는 데 사용되는 과정입니다. 이 신중하게 조율 된 절차는 여러 단계에서 규제되며, 잘못된 규제는 종종 암과 같은 질병을 초래할 수 있습니다.

이 비디오는 유전자 발현 연구의 역사, 주요 질문, 현장의 방법 및 이러한 기술이 어떻게 적용되는지에 대한 개요를 제공합니다.

우리는 유전자 발현에 관하여 몇몇 중요한 발견을 검토하는 것으로 시작합니다.

DNA가 유전 정보를 전송할 수 있는 방법에 대한 첫번째 설득력 있는 모형은 1953년에, 로잘린드 프랭클린의 데이터에서 도움으로, DNA의 구조물을 풀어 잡았을 때, 정의된, 그러나 무한하게 가변적인 순서로 배열되는 뉴클레오티드 기지의 두 개의 선형 사슬로 만든 이중 나선이었습니다.

5 년 후, 크릭은 유전자 발현에 대한 우리의 이해의 중추를 형성 할 두 가지 중요한 아이디어를 제안했다. 그의 "서열 가설"은 DNA의 뉴클레오티드 서열이 단백질의 아미노산 서열에 대한 코드로서 불안정한 RNA 중간체를 통해 사용된다는 것을 시사했습니다. 동시에, 그의 "중앙 교리"는 발생할 수있는 유전 정보의 다른 흐름을 가설, 특히, 정보는 다시 단백질에서 핵산으로 전송 할 수 없다는 것을 개최했다.

1960년, 프랑수아 제이콥과 자크 모노드(Jacques Monod)는 박테리아의 유당 대사 유전자에 대한 작업을 통해 유전자 발현의 조절을 위한 모델을 제안했습니다. 그(것)들은 구조적이거나 효소 기능을 능력을 발휘하는 "구조적인 유전자"의 발현이 인접한 규제 사이트에 묶는 "규제 유전자"의 제품에 의해 통제된다는 것을 건의했습니다. 우리는 지금 전사 인자에게 불린 단백질에 의해 중재된 유전자 조절의 실질적으로 유사한 모드가 모든 유기체에서 생기는 다는 것을 알고 있습니다.

1년 후인 1961년, 시드니 브레너와 함께 제이콥은 Crick이 제안한 DNA와 단백질 사이의 불안정한 중간체로 메신저 또는 "m"-RNA를 발견했습니다. 같은 해, 브레너와 크릭은 DNA의 정보가 단백질을 인코딩하는 방법을 지시하는 "유전 코드"를 해독하기 시작했습니다. 그(것)들은 인접한 뉴클레오티드의 각 삼중, 또는 "코돈,"단백질을 구성하는 20개의 아미노산 의 한을 지정한다는 것을 결정했습니다.

다음 몇 년 동안, 마샬 니렌 버그에 의해 주도 하는 연구원, 하 고빈드 코라나, 그리고 세베로 오초아 모든 64 가능한 코돈에 의해 인코딩 된 아미노산을 정의 하기 위해 여러 가지 접근 방식을 사용. 유전 코드의 균열로, 과학자는 유전자 발현이 어떻게 통제되는지 조사하기 위하여 계속했습니다.

1974년 로저 콘버그와 동료들이 동물과 식물과 같은 진핵 세포의 DNA가 히스톤 단백질의 복합체를 중심으로 "감싸"고 표시하면서 현재 "뉴클레오좀"이라고 불리는 구조를 산출하는 중요한 발견이 발견되었습니다. 우리는 지금 크로마틴 구조에 있는 변경이 유전자 규칙에 있는 중요한 역할을 한다는 것을 알고 있습니다.

또 다른 트위스트는 1977년 필 샤프와 리치 로버츠가 mRNA 서열이 해당 DNA 템플릿에 완전히 보완적이지 않다는 것을 발견했을 때 나타났습니다. 현재 인트론이라고 불리는 특정 "누락된 영역"은 성숙한 RNA 전사체에서 단백질 코딩 엑손 사이에서 "접합"으로 알려진 프로세스에서 제거됩니다. 5 년 후, 로널드 에반스의 연구 그룹은 동일한 성적 증명서의 "대안"접합이 다른 기능을 가진 동일한 단백질의 변형 또는 "동상 체형"을 생성 할 수 있음을 입증했습니다.

1990 년대 이후, 유전자 규제 네트워크의 복잡성에 대한 우리의 이해는 RNA 매개 유전자 침묵의 발견과 함께 극적으로 확장. 우리는 지금 작은 RNA의 몇몇 다른 가족, 크기에 있는 20-30 뉴클레오티드인 일원과, 다양한 방법으로 유전자 발현을 통제하는 것을 알고 있습니다.

유전자 발현 연구의 역사를 검토한 후, 이 분야의 몇 가지 주요 질문을 살펴보겠습니다.

조사되는 한 가지 주제는 전사 요인이 유전자를 조절하는 방법입니다. 과학자들은 전사 요인에 의해 결합된 게놈 서열을 식별하는 데관심이 있을지뿐만 아니라, 규제 단백질이 신호를 통합하고 유전자 발현을 조절하기 위해 서로 상호 작용하는 방법을 찾고 있습니다.

그밖 연구원은 대체 접합을 연구하고, 이 과정이 다른 생물학 맥락에서 어떻게 통제되는지 연구합니다. 또한, 그들 중 일부는 단백질 등색이 항상 다른, 별개의 기능을 가지고 있는지 여부를 결정하기 위해 노력하고 있습니다.

마지막으로, 많은 연구원은 작은 RNA의 행동의 기계장치를 조사하고, 그들의 규제 목표를 확인하기 위하여 노력하고 있습니다. 또한 작은 RNA가 질병을 진단하기 위해 "바이오 마커"로 사용될 수 있는지에 대한 관심이 증가하고 있습니다.

이제 연구원이 유전자 발현을 평가하는 데 사용하는 도구를 살펴보겠습니다.

인기있는 방법은 증폭에 복종하기 전에 상호 보완 또는 "c"-DNA로 RNA를 변환역 전사, 또는 "RT"-PCR입니다. PCR 도중 DNA에 통합되는 형광 분자를 포함해서, 유전자 발현을 정량적으로 측정하고 "실시간"에서 결과를 관찰하기 위하여 이 기술을 사용하는 것이 가능합니다.

동시에 수천 개의 유전자의 발현을 평가하기 위해 마이크로 어레이를 사용할 수 있습니다. 여기서 DNA 서열은 슬라이드에 "인쇄"되어 샘플 RNA에서 생성된 형광 프로브에 혼성화됩니다. 형광의 결과 패턴은 발현유전자를 식별하는 데 사용될 수 있다.

유전자 발현을 프로파일하는 또 다른 기술은 세포내에서 전사, 또는 발현 된 RNA의 전부를 서열화하는 것이다. 여기서, RNA 샘플로부터 생성된 cDNA는 고처리량 시퀀싱을 실시한다. 마이크로어레이와 달리, 전사 순서는 기존의 게놈 정보를 필요로하지 않으며, 알 수없는 성적 증명서 또는 새로운 유전자 동위 형태를 식별하는 데 사용할 수 있습니다.

연구원은 또한 시각적으로 유전자가 시투 혼성화에서 사용하여 표현되는 위치를 평가할 수 있습니다. 이 기술에서 RNA는 먼저 상호 보완적인 프로브로 혼성화되어 시각적 색상 또는 형광 신호를 생성하는 효소-컨쥬게이트 항체에 의해 인식될 수 있습니다.

기자 분석유전자 조절에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 또 다른 기술이다. 리포터 유전자 생성물은 색 또는 형광과 같은 신호를 생성한다. 기자는 어쩌면 관심있는 유전자에 직접 융합, 또는 유전자의 전사를 구동 하는 프로모터와 같은 규제 서열의 통제 하에 배치, 또는 더 먼 증강 원소. 리포터 신호는 규제 요소의 활성 또는 관심 유전자의 발현 패턴에 대한 판독으로 작용할 수 있다.

마지막으로, 크로마틴 면역 침전또는 "ChIP"는 유전자 발현을 조절할 때 전사 요인이 결합되는 게놈 부위를 식별하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 단백질과 그들이 결합하는 DNA의 복합체는 항체에 의해 단리되고, 표적 DNA는 PCR 또는 시퀀싱에 의해 확인된다.

유전자 발현을 연구하는 방법을 조사한 후에, 그들의 응용의 몇몇을 살펴 봅시다.

인구 내의 세포는 생물학적 결과를 초래할 수 있는 유전자 발현에 있는 미묘한 다름을 나타낼 수 있습니다. 이 연구에서, 연구원은 접시에 별도 우물에 같은 배양에서 개별 인간 배아 줄기 세포를 배치. 정량적인 RT-PCR를 사용하여 과학자들은 줄기 세포 "마커"인 나노그 (Nanog)의발현이 샘플 내에서 다르다는 것을 결정했습니다.

몇몇 연구원은 규제 단백질의 다른 등색체가 다르게 작동하는지 조사합니다. 여기서, ChIP는 단백질의 "긴" 및 "짧은" 등소 형태의 결합 표적을 확인하기 위하여 인간 적인 면역 세포에 적용되었습니다. 시퀀싱 결과는 몇몇 유전자 표적이 잠재적인 기능적인 다름을 가리키는 짧은 등포에 의해서만 인식되었다는 것을 보여주었습니다.

마지막으로, 기자 의 소하는 microRNA와 같은 작은 RNA에 의해 매개되는 유전자 조절을 평가하는 데 사용될 수 있다. microRNAs는 mRNA의 3¢ 번역되지 않은 지구에 결합해서 유전자 발현을 억제할 수 있기 때문에, 과학자는 루시파라제 기자에 다른 유전자에서 이 지역을 붙이고, microRNA와 더불어 세포로 그들 각각을 소개했습니다. microRNA의 유전자 표적은 그 때 감소된 발광 신호를 가진 세포를 찾아서 확인되었습니다.

당신은 유전자 발현에 대한 JoVE의 소개를 방금 지켜보았습니다. 우리는 유전자 발현 연구에서 주요 사실 인정, 필드에 있는 저명한 질문 및 방법 및 몇몇 현재 응용을 검토했습니다. 언제나처럼, 시청주셔서 감사합니다!