モデル生物の遺伝子工学

Developmental Biology

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Summary

遺伝子発現を変更する、遺伝子導入や遺伝子工学の使用は、発生生物学の分野で使用されています。科学者は、発達過程での役割を理解するのに遺伝子の機能を変更するのにいくつかの方法を使用します。これは、機能しないコピーまたは開発全体を通して追跡する結果として生じる融合蛋白質を可能にする遺伝子に visualizable タグを追加すると遺伝子の交換が含まれています。

このビデオで視聴者は動物の遺伝的構成要素の導入と興味のある遺伝子をターゲットのための基本的な手順と同様に、遺伝子導入、背後にある原則について説明します。これはノックアウト マウスを作成するプロトコルの議論が続きます。最後に、発生生物学の分野における遺伝子組換え技術のいくつかの特定のアプリケーションが審査されます。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 発生生物学の必需品. モデル生物の遺伝子工学. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

遺伝子工学、遺伝子として知られているプロセスのモデル生物のゲノムを加えるための貴重なツールです。発生生物学のこのアプローチは生体で視覚化することができます変更の遺伝子を表現するよく使用されます。また、遺伝子工学は防止または特定の遺伝子の機能発達研究を蛋白質の表現を妨害する使用できます。

このビデオは、この技術の背後にある原理を要約、いくつか遺伝子工学的手法、およびこれらの技術が実験室で使用される強調表示の方法を確認します。

まず、遺伝子の基になるいくつかの重要な概念を探検しよう。これには、DNA のモデル生物のゲノムへの挿入が含まれます。研究目的に応じての方法の数があります。

まず、変更された遺伝子の添加は、突然変異による機能や形態学的変化を明らかにするかもしれない。別の方法は、しばしば突然変異として損傷だけできる過剰発現の効果を研究する不変の野生型遺伝子のコピーを追加で入れることです。別のアプローチは、生きている動物の遺伝子発現のタイミングや場所を追跡する、緑の蛍光蛋白質などの visualizable タグを含む融合蛋白質を挿入します。

ゲノムに挿入される DNA のセグメントは、目的の発現パターンと成果を生成する慎重に設計する必要があります。遺伝子が時と場所を規定するシーケンス要素であるプロモーターは、重要なコンポーネントです。他は特定の組織で活発であるのみ、特定のプロモーターは普遍的、ほぼすべての組織の中で表されます。遺伝子発現のタイミングを制御する化学物質管理または高温への露出によって活性化されると、誘導性プロモーターを使用もできます。

安定した組織で表される、transgene 最初のゲノムに統合しなければなりません。これを達成するために遺伝子は有機体のゲノムの領域に一致する dna の側面を含めることができます。これは遺伝子相同組換えと呼ばれるプロセスを通じて宿主の DNA とを統合することができます。また、いくつかの種のトランスポゾンと呼ばれる特殊な要素、遺伝子より効率的なゲノムに遺伝子のランダムな挿入を触媒する酵素トランスポザーゼの認識部位を含みます。

遺伝子の設計の基礎のいくつかを知っている今、遺伝子組換え動物の作り方を確認してみましょう。遺伝子を構築するために、PCR を使用して興味の遺伝子を増幅することによって開始します。この増幅領域は、その細胞に遺伝子を運ぶことができる DNA の部分をあるベクトルに複製されます。ベクトルは通常、大腸菌などの細菌を用いた効率的な遺伝子増幅ができる要素を含まれます。この増幅ステップ後ベクトルは細菌文化から浄化されます。

トランスジェニック動物の胚に浄化された DNA を注入して作られています。魚やカエル、構造は通常、卵黄や 1 つのセル段階の胚の細胞質に直接注入します。トランスポゾンを介した遺伝子導入トランスポザーゼ酵素トラン スクリプトが注入ミックスに追加されます。

マウスの受精卵、精子と卵子の前核がないまだ融合の操作による遺伝子導入を実現できます。構造はセル分割と、ゲノムに統合される、大きいの前核に直接注入されます。卵は、開発のために偽妊娠女性の子宮に移植する必要があります。

動物は、構成が正常に統合ゲノムに子孫を識別するために上映される必要がありますので、遺伝子導入効率が異なります。これは、簡単に識別、または小さい組織部分から分離されたゲノム DNA の PCR など分子生物学的解析を通して挿入された蛍光タグを探して行うことができます。

遺伝子工学への第 2 アプローチは特定の遺伝子ターゲット遺伝子の機能を混乱させることに焦点を当ててください。この目標を達成するために複数の方法があります。ゲノムの編集と呼ばれる 1 つの比較的新しい方式で核酸 DNA のバックボーンをカットし、DNA を修復遺伝子の突然変異を起こすと呼ばれるシーケンス固有の酵素を活用しています。

別のターゲット設定方法には、いずれかの外来 DNA と遺伝子を交換する相同組換えの使用またはリコンビナーゼとして知られている酵素の認識順序が並ぶ遺伝子のコピーが含まれます。リコンビナーゼが存在する場合は、ゲノムから並ぶシーケンスが摘出されます。これは条件付きノックアウトと呼ばれ、ある特定の臓器または特定の時点での酵素を表現することによって遺伝子切除の制御を実現できます。

相同組換えによってノックアウト マウスを生成するための一般的な手順を確認してみましょう。ここでは、ゲノム DNA のどの部分シーケンスが外国 DNA に置き換えられますコンストラクトを準備しなければなりません。この DNA は、しばしば抗生物質耐性の改変後の手順で細胞を正常に選択する方法を提供するためなど別の遺伝子をエンコードします。

手順を開始するには、胚性幹細胞は、胚盤胞と呼ばれる初期のマウス胚の内部細胞塊から収集されます。線形構造は、エレクトロポレーション、電気パルスが細胞膜の一時的な気孔を生成して幹細胞に配信されます。細胞は、遺伝子のない細胞を排除する抗生物質の存在下でインキュベートする許可します。

この選択手順の後、幹細胞は、胚盤胞の段階で別のマウス胚に注入することができます。胚は、開発を継続する雌マウスの子宮に転送されます。結果として得られる子犬野生型およびノックアウト細胞から成るキメラになります。いくつかのキメラでお越しの際にもノックアウト細胞、生殖細胞、飼育しているとき、破壊された遺伝子を転送します、ノックアウトの改行を確立するかどれの内で。

遺伝子工学の発達モデル今 let's の基本を見ていくつかの実用的なアプリケーションを学習しました。

発達研究は、細胞を識別し、彼らの開発を研究する蛍光付けられた蛋白質をしばしば使用します。組織特異的発現プロモーターを使用すると、トランスジェニック生物は蛍光タンパクを発現神経の頂上のような特定のセルのために設計することができます。高度な画像処理技術を使用して、蛍光細胞は、複雑な発達するイベントを直接可視化する研究をできるように、リアルタイムでイメージを作成することができます。

遺伝子工学のもう一つの重要な使用は、特定の遺伝子とその疾患表現型における役割を研究することです。ここでは、標的突然変異は、TALENs などの核酸を使用して特定のマウスの遺伝子に導入されます。PCR は、マウスに 0、1、または変異遺伝子の 2 つのコピーであるかどうかを示しています。突然変異の 2 つのコピーを運ぶ胚は、遺伝子の発達の機能を決定する詳細に今学ぶことが。

条件付きノックアウトを使用して、科学者は細胞の制限されたセット内で遺伝子の機能を確認できます。ここでは、全体の胚全体 loxP 並ぶ遺伝子を発現していたが、Cre 遺伝子欠失の原因と心臓や血管の内皮細胞のみで表現されました。この組織固有のノックアウトは、胚の心拍数の測定可能な変更で起因し、全体の生物を変更することがなくローカライズされた遺伝子の役割をテストする方法を示しています。

ゼウスのトランスジェニック技術入門を見てきただけ。これらの技術は遺伝子工学が関与している方法のいくつかの基本を理解するのに役立つし、日常の科学での適用方法。遺伝子工学は多くの有機体の間で広く適用できるし、勉強し、発達的疾患だけでなく、成人期にある人の遺伝学の役割を理解する重要なツールであり続けます。見てくれてありがとう!

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