概述了基因表达

Genetics

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Summary

基因表达是一个单元格使用其遗传信息,使功能性产品的复杂过程。这一过程被调控在多个阶段,并且任何监管不当可能会导致癌症等疾病。

此视频精选重要历史的发现与基因表达有关,包括了解如何不同组合的 DNA 碱基编码组成蛋白质的氨基酸。其后的几个技术用于测量基因表达并探讨其调节讨论,探讨在该字段中的基因表达研究的关键问题。最后,我们看看如何科学家当前正在使用这些技术来研究基因的表达。

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JoVE Science Education Database. 遗传学精要. 概述了基因表达. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

基因表达是细胞 DNA 中的信息用于使功能性产品的过程。在几个阶段,规定这个精心策划的程序和监管不当往往导致癌症等疾病。

这个视频概述了基因表达研究、 关键问题、 方法在领域,这些技术如何应用的历史。

我们将首先审查关于基因表达的一些主要发现。

如何 DNA 可能携带遗传信息的第一次令人信服模型成立于 1953 年,当弗朗西斯克里克和詹姆斯 · 沃森,罗莎琳德 · 富兰克林的数据,从帮助解决了 DNA 的结构 — — 由两个线性链的碱基的定义,但无级变速,顺序排列的双螺旋结构。

五年后,克里克提出将骨干我们了解基因表达的两个重要思想。他"序列假说"建议使用 DNA 的核苷酸序列,通过不稳定的 RNA 中间体,作为蛋白质的氨基酸序列的代码。同时,他的"中心法则"假设不同流动的遗传信息,可以发生,尤其是,举行信息不能从蛋白质调回核酸。

在 1960 年,弗朗索瓦 · 雅各布和雅克 · 莫诺 — — 乳糖代谢基因在细菌上的工作 — — 提出了模型基因表达的调控。他们建议,基因的表达"结构,"执行结构或酶的功能,由产品的"基因"将绑定到相邻调控位点控制。我们现在知道,实质相似模式的介导蛋白质转录因子的基因调控发生在所有的有机体。

一年后,在 1961 年,雅各 — — 随着悉尼布伦纳 — — 发现信使或"m"-克里克提出 RNA 作为 DNA 与蛋白质之间不稳定的中间。同一年,布伦纳和克里克开始破解的"基因密码",规定了如何在 DNA 中的信息编码的蛋白质。他们确定每个三连音的相邻核苷酸或"密码子",指定的 20 种氨基酸构成的蛋白质之一。

在未来的几年,研究人员领导的 Har Gobind 科拉纳,马歇尔,尼伦伯格和维罗 Ochoa 用多种方法来定义由所有 64 可能密码子编码的氨基酸。与遗传密码的开裂,科学家们继续调查如何调节基因表达。

主要发现于 1974 年,当罗杰 · 科恩伯格和他的同事表明 DNA 在真核细胞,如那些动物和植物,"裹"过来配合物组蛋白,收益结构现在被称为"核小体"。现在,我们知道在染色质结构的变化在基因调节中扮演重要角色。

另一个转折出现在 1977 年,当菲尔 · 夏普和富罗伯茨发现 mRNA 序列不完全互补对其相应的 DNA 模板。某些"失踪的地区,"现在称为内含子,被抽出蛋白编码外显子在成熟的 RNA 转录的过程被称为"剪接"。五年后,研究小组的罗纳德 · 埃文斯表明,"另类"拼接的相同成绩单可以产生变型或"异构体,"相同蛋白具有不同功能。

自上世纪 90 年代,我们理解基因调控网络的复杂性急剧扩大发现了 RNA 介导的基因沉默。现在,我们知道几个不同家庭的小分子 Rna,与成员是 20 − 30 核苷酸的大小,调节基因表达的各种方式。

在审查后的基因表达研究历史,让我们看看这个领域一些重大问题。

被调查的一个话题是如何转录因子调节基因。科学家们不只感兴趣确定绑定由转录因子的基因组序列但都还看如何调节蛋白整合信号和调节基因的表达而彼此进行交互。

其他研究人员研究选择性剪接,和这一过程如何在不同生物背景规管。此外,其中一些试图确定是否蛋白异构体总是有不同的、 独特的功能。

最后,许多研究人员正在调查的小分子 Rna,作用机理和试图确定其监管的目标。也是越来越多的关注是否小分子 Rna 可以用作"生物标记"来诊断疾病。

现在,让我们看看研究者用来评估基因表达的工具。

常用的方法是反向转录或"RT"-pcr 技术,这一 RNA 转换互补或"c"-前服从扩增的 DNA。通过包括在 PCR 过程中纳入 DNA 的荧光分子,就可以使用这种技术来定量检测基因表达和观察结果在"实时"。

同时评估数千个基因的表达,可以用微阵列。在这里,DNA 序列是"印"在幻灯片,然后对生成从样品 RNA 荧光探针杂交。荧光的产生模式可以用于标识基因表达。

对配置文件基因表达的另一个技巧是转录组,或所有的细胞中的表达 Rna 的序列。在这里,从 RNA 样本生成的 cDNA 被遭受高通量测序。不同微阵列,转录组测序不需要预先存在的基因组信息,并可以用于标识未知的成绩单或基因亚型。

研究人员还从视觉上可以判断在基因表达应用原位杂交技术。在这种技术,RNA 是第一次杂交互补的探针,然后可以被酶共轭的抗体产生视觉的颜色或荧光信号。

记者检测是可以洞察基因调控的另一种技术。记者基因产物产生例如颜色或荧光信号。记者也许直接融合基因的兴趣,或置于监管的序列,如启动子驱动基因的转录或更远的增强子元素的控制之下。记者信号便可充当读出调控元件的活动,或感兴趣的基因的表达模式。

最后,可以使用染色质免疫沉淀或"芯片",物色转录因子绑定到当基因表达调控的基因组。在这里,配合物的蛋白质与 DNA 结合的抗体,隔离和目标 DNA 确定应用 PCR 和测序。

经过勘察研究基因表达的方法,让我们看看他们的一些应用。

细胞内人口可能呈现可以有生物后果的基因表达的细微差别。在此研究中,研究人员放入单独井板上个别人类胚胎干细胞从同一文化。使用定量 RT-PCR 方法,科学家确定的表达Nanog — —干细胞"标记"— — 在样本内不同。

一些研究人员调查是否不同的异型体调节蛋白的功能有所不同。在这里,芯片应用于人体的免疫细胞,以确定绑定目标蛋白质"长"和"短"的异构体。测序结果显示,某些基因指标只被由短的异构体,指向潜在的功能差异。

最后,记者检测可以用于评价小分子 Rna,如微 Rna 介导的基因调控。微小 Rna 可以抑制基因的表达,通过绑定到 3、 非翻译区的基因,科学家从不同基因附着荧光素酶的记者,这一地区以及他们每个人都引入细胞微 Rna。信使 rna 基因目标然后确定寻找具有降低的发光信号的单元格。

你刚看了朱庇特的简介基因的表达。我们已经回顾了主要结果在基因表达研究、 突出问题和领域与一些当前的应用程序中的方法。一如既往,感谢您收看 !

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