遺伝子発現の概要

Genetics

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Summary

遺伝子発現は、セルが機能的な製品を作るための遺伝情報を使用する複雑なプロセスです。このプロセスは複数の段階で規制されているし、任意のいとまはがんなどの病気につながる可能性があります。

このビデオのハイライト重要な遺伝子発現に関する歴史的発見、DNA 塩基のどのように個別の組み合わせの理解を含むタンパク質を構成するアミノ酸をエンコードします。遺伝子発現を測定し、その規制を調査するために使用するいくつかの手法の議論が続いて、遺伝子発現制御の分野で重要な質問を検討します。最後に、我々 は科学者の遺伝子発現を研究するこれらの技術は現在使用してどのように見てください。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 遺伝学の必需品. 遺伝子発現の概要. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

遺伝子発現は、細胞の DNA に含まれる情報は、機能的な製品を作るためのプロセスです。この注意深く管弦楽に編曲された手順はいくつかの段階で制御され、いとまががんなどの病気で多い可能性があります。

このビデオでは、遺伝子発現制御、キーの質問、フィールドのメソッドおよびこれらの技術がどのように適用されているの歴史の概要を提供します。

我々 は遺伝子発現についてのいくつかの主要な発見を確認することによって開始されます。

1953 年、ロザリンド ・ フランクリンのデータからの助けを借りて、ジェームス ・ ワトソンとフランシス ・ クリックが DNA の構造を解決するときに DNA が遺伝情報を運ぶかもしれない方法の最初の説得力のあるモデルを設立 — のヌクレオチド塩基の定義が無限に可変シーケンスで並べられた 2 つの線形鎖の二重螺旋。

5 年後、Crick は遺伝子発現の私達の理解のバックボーンを形成する 2 つの重要なアイデアを提案しました。彼の「シーケンスの仮説」は、DNA の塩基配列を、中間、タンパク質のアミノ酸配列コードとして不安定な RNA を介して使用することを提案しました。同時に彼の「セントラル ドグマ」が発生し特に核酸に蛋白質から情報を転送できないことを保持する遺伝情報の異なるフローを仮定しました。

1960 年、フランソワ ・ ヤコブとジャック ・ モノー-細菌のラクトース代謝遺伝子の仕事を通じて-遺伝子発現の規則のためのモデルを提案しました。隣接する規制サイトに結合する「調節遺伝子」の製品によって構造や酵素の機能を実行する「構造遺伝子」の発現制御されることが示唆された.すべての有機体の遺伝子制御、転写因子と呼ばれるタンパク質を介したの実質的に同様のモードが発生することが分かっています。

1 年後、1961 年、ジェイコブ-シドニー ・ ブレナーと一緒に-メッセンジャーまたは"m"を発見-Crick によって提案された RNA は DNA とタンパク質の間不安定な中間体として。その同じ年、ブレナーと Crick DNA の情報がタンパク質をエンコードする方法を指示「遺伝コード」をクラックし始めた。彼らは隣接したヌクレオチドまたは「コドン」の各トリプレットがタンパク質を構成する 20 種類アミノ酸の 1 つを指定しますを決定。

次の数年間、マーシャル ニーレンバーグ、ハー ゴビンド Khorana 率いる研究者とセベロ ・ オチョアはすべて 64 可能なコドンのアミノ酸を定義する複数の方法を使用します。遺伝コードの解読、科学者は遺伝子発現がどのように調節されているかを調査し続けた。

主要な発見は今「ヌクレオソーム」と呼ばれる構造を降伏ヒストン蛋白質の複合体のまわり 1974 年ロジャー ・ コーンバーグ氏と同僚が、動物や植物などの真核細胞の DNA は「ラップ」示したときに来た我々 は今、クロマチン構造の変化が遺伝子の規則で重要な役割を果たしている知っています。

別のねじれは、1977 年、フィル シャープとリッチ ・ ロバーツが mRNA シーケンスが完全対応する DNA テンプレートを補完するものでなかったことを発見するときに来た。「スプライス」と呼ばれるプロセスの成熟 RNA 転写産物の蛋白質のコーディングのエクソンの間から特定"不足している地域、「イントロンと呼ばれるが削除されます。5 年後、ロナルド ・ エヴァンスの研究グループは、さまざまな機能をもつ同じタンパク質の亜種、または「アイソ フォーム、」に同じトラン スクリプトの「代替」スプライシングを作り出すことができることを実証に。

1990 年代、遺伝子制御ネットワークの複雑さの理解は RNA を介した遺伝子サイレンシングの発見と飛躍的に拡大。サイズ、20−30 のヌクレオチドのメンバーとの小さい RNAs のいくつかの異なる家族がさまざまな方法で遺伝子発現を調節することが分かっています。

遺伝子発現の研究の歴史を確認した後、フィールドのいくつかの主要な質問を見てみましょう。

検討されている 1 つのトピックは、転写因子が遺伝子を調整する方法です。科学者たちだけは転写因子によってバインドされているゲノムのシーケンスを識別するのに興味があるが、どのように規定する蛋白質はまた見て互いの信号を統合し、遺伝子発現を調節します。

他の研究者は、スプライシング、および異なった生物学的文脈でこのプロセスを調整する方法を検討します。さらに、それらのいくつかはタンパク質アイソ フォームは、常に別の異なる機能を持っているかどうかを決定しようとしています。

最後に、多くの研究者は小さい RNAs の作用のメカニズムを調査し、彼らの規制目標を識別するためにしようとしています。また、病気を診断する「バイオ マーカー」として Rna を使用ことができるかどうかの関心の高まりがあります。

今、研究者は遺伝子発現を評価するために使用するツールを見てみましょう。

人気のある方法は、逆のトランスクリプション、または」RT-PCR、RNA 相補的または"c"に変換する-DNA 増幅を施す前に。PCR の間に、DNA に組み込まれている蛍光分子などによる遺伝子発現を定量的に測定し、「リアルタイム」で結果を確認するこの手法を使用することが可能です。

同時にたくさんの遺伝子の発現を評価、マイクロ アレイを使用できます。ここでは、dna 塩基配列が「印刷」サンプル RNA から生成された蛍光プローブとそれから交配がスライドで。蛍光性の結果として得られるパターンは、発現遺伝子を識別するために使用できます。

プロファイル遺伝子発現する別の手法は、トランスクリプトーム、または発現 Rna を細胞内のすべてのシーケンスすることです。ここでは、RNA のサンプルから生成された cDNA は高スループット シーケンスに服従します。異なり、マイクロ アレイ、トランスクリプトーム シーケンスによる既存のゲノム情報を必要としないし、不明な成績証明書または遺伝子アイソ フォームを識別するために使用することができます。

研究者も視覚的に評価することができますここで、遺伝子はその場で交配を使用して表現されます。この手法では、RNA は視覚色または蛍光性信号を作り出す酵素標識抗体に認識されるし、相補的なプローブとハイブリダイズ最初。

レポーターの試金は、遺伝子発現制御への洞察力を提供できる別の手法です。レポーター遺伝子産物は、色や蛍光などの信号を生成します。記者は多分興味の遺伝子に直接融合またはプロモーター遺伝子の転写、またはより遠いエンハンサー要素を駆動するなど、規制のシーケンスの制御下に置かれます。記者の信号読み出し規制要素の活動の興味の遺伝子の発現パターンとして動作できます。

最後に、クロマチン免疫沈降または「チップ」は、転写因子が遺伝子発現を調節するときにバインド ゲノムのサイトを識別するために使用できます。ここでは、それら結合 DNA とタンパク質の複合体、抗体によって分離し、ターゲット DNA は PCR やシーケンスによって識別されます。

遺伝子発現を研究するための方法を調査した後、アプリケーションのいくつかを見てみましょう。

人口内のセルは、生物学的影響を持つことができる遺伝子の微妙な違いを示すことがあります。この研究では、研究者は皿の上の別の井戸に同じ文化から個々 のヒト胚性幹細胞を配置しました。定量的 RT-PCR 法を使用して、科学者はことを決定したの式Nanog-幹細胞「マーカー」-サンプル内で異なります。

一部の研究者は、調節タンパク質の異なるアイソ フォームが動作するかどうかを調査します。ここでは、チップは、タンパク質の「長い」と「ショート」アイソ フォームのバインドのターゲットを識別するために人間の免疫細胞に適用されました。結果のシーケンスによって短いアイソ フォームは、潜在的な機能の違いを指しているいくつかの遺伝子の目標は認めのみを示した。

最後に、レポーターの試金は、マイクロ Rna などの小さな Rna による遺伝子発現制御の評価に使用できます。マイクロ Rna は Mrna の 3 ¢ 非翻訳領域に結合することにより遺伝子発現を抑制することが、科学者ルシフェラーゼ レポーターに異なった遺伝子からこの地域を添付、microRNA と共に細胞にそれらのそれぞれを導入します。マイクロ Rna の遺伝子標的細胞減少の発光信号を探してによって識別されました。

遺伝子発現のゼウスの概要を見てきただけ。我々 は、遺伝子発現制御、著名な質問およびフィールド、およびいくつかの現在のアプリケーションの方法の主要な調査結果を確認したところ。いつも見てくれてありがとう!

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