Eine Übersicht der Genexpression

Genetics

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Summary

Gen-Expression ist der komplexe Prozess, wo eine Zelle seine genetischen Informationen nutzt, um funktionelle Produkte. Dieser Prozess ist in mehrere Stufen reguliert, und eine Fehlregulation zu Krankheiten wie Krebs führen könnte.

Dieses Video zeigt wichtige historische Entdeckungen in Bezug auf die Genexpression, einschließlich das Verständnis wie unterschiedliche Kombinationen von DNA-Basen der Aminosäuren, aus denen Proteine kodieren. Wichtige Fragen auf dem Gebiet der Genforschung Ausdruck werden erforscht, gefolgt von einer Diskussion verschiedener Techniken zur Messung der Genexpression und seine Verordnung zu untersuchen. Schließlich betrachten wir wie Wissenschaftler derzeit diese Techniken einsetzen, um gen-Expression zu studieren.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Genetik. Eine Übersicht der Genexpression. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Gen-Expression ist der Prozess, wo Informationen in der DNA einer Zelle verwendet wird, um funktionelle Produkte zu machen. Dieses sorgfältig inszenierten Verfahren ist auf mehreren Stufen geregelt, und Fehlregulation oft Krankheiten wie Krebs führen kann.

Dieses Video bietet einen Überblick über die Geschichte der Genforschung Ausdruck, Schlüsselfragen Methoden im Bereich und wie diese Techniken angewandt werden.

Wir beginnen, indem einige wichtigen Entdeckungen über die Genexpression zu überprüfen.

Das erste überzeugende Modell für wie DNA genetische Informationen tragen könnte wurde 1953 gegründet, als Francis Crick und James Watson, mit Hilfe von Rosalind Franklin Daten, die Struktur der DNA gelöst – eine Doppelhelix gemacht von zwei linearen Ketten von Nukleotidbasen, die in einer definierten, aber stufenlos regelbar, Reihenfolge angeordnet sind.

Fünf Jahre später, Crick vorgeschlagenen zwei wichtige Anregungen, die das Fundament unseres Verständnisses der Genexpression würde. Seine "Sequenz"Hypothese vorgeschlagen, dass DNA Nukleotid-Sequenz, über eine instabile RNA Mittelstufe, als Code für die Aminosäuresequenzen der Proteine verwendet wird. Seine "zentrale Dogma" Hypothese zur gleichen Zeit die verschiedenen Ströme der Erbinformation, die auftreten können, und insbesondere gehalten, dass Informationen aus dem Eiweiß zurück zu Nukleinsäuren übertragbar ist.

Im Jahr 1960, François Jacob und Jacques Monod — durch ihre Arbeit auf Laktose-metabolisierenden Gene in Bakterien – schlug ein Modell für die Regulation der Genexpression. Sie schlugen vor, dass der Ausdruck "STRUKTURGENE," die strukturelle oder enzymatische Funktionen durchführen, wird gesteuert durch die Produkte der "regulatorische Gene", die neben rechtlichen Seiten binden. Wir wissen jetzt, dass im Wesentlichen ähnliche Modi der Genregulation, vermittelt durch Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, in allen Organismen auftreten.

Ein Jahr später, im Jahr 1961, Jacob – zusammen mit Sydney Brenner – entdeckt, Messenger oder "m"-RNA als instabiles Zwischenprodukt zwischen DNA und Proteinen von Crick vorgeschlagenen. Im selben Jahr begann Brenner und Crick, die "genetischen Code", die vorschreibt, wie Informationen in der DNA Proteine kodiert zu knacken. Sie stellten fest, dass jede Triole der angrenzenden Nukleotide oder ein "Codon" gibt eine der 20 Aminosäuren, die Proteine bilden.

In den nächsten Jahren Forscher unter der Leitung von Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana und Severo Ochoa verwendet mehrere Ansätze, um die Aminosäuren, die durch alle 64 mögliche Codons kodiert zu definieren. Mit der Rissbildung des genetischen Codes, Wissenschaftler weiterhin untersuchen, wie die Genexpression reguliert wird.

Eine große Entdeckung kam im Jahr 1974, als Roger Kornberg und Kollegen zeigte, dass "" DNA in eukaryotischen Zellen, wie diejenigen von Tieren und Pflanzen gewickelt, um komplexe der Histonproteine, nachgiebig Strukturen, die jetzt genannt "Nukleosomen." Wir wissen jetzt, dass Veränderungen in der Chromatinstruktur eine wichtige Rolle in der Genregulation spielen.

Eine andere Wendung kam im Jahr 1977, als Phil Sharp und Rich Roberts fand, dass die mRNA-Sequenzen nicht völlig komplementär zu ihren entsprechenden DNA-Vorlagen wurden. Bestimmte "fehlenden Regionen", jetzt genannt Introns, werden zwischen der Protein-kodierenden Exons in der Reife RNA-Abschrift in einem Prozeß bekannt als "Spleißen." entfernt. Fünf Jahre später, die Forschungsgruppe von Ronald Evans gezeigt, dass "alternative" Spleißen der gleichen Abschrift Varianten oder "Isoformen," produzieren könnte desselben Proteins mit unterschiedlichen Funktionen.

Seit den 1990er Jahren erweitert unser Verständnis für die Komplexität des Gens Regulationsnetzwerke dramatisch mit der Entdeckung der RNA-vermittelte Gen-silencing. Wir wissen jetzt, dass mehrere verschiedene Familien von kleinen RNAs mit Mitgliedern, die 20−30 Nukleotide in der Größe, sind gen-Expression in verschiedener Weise regulieren.

Nach der Überprüfung der Geschichte der Genforschung Ausdruck, schauen wir uns einige wichtigen Fragen auf dem Gebiet.

Ein Thema erforscht ist wie Transkriptionsfaktoren Gene regulieren. Wissenschaftler interessieren sich nicht nur bei der Ermittlung der Genomsequenzen von Transkriptionsfaktoren gebunden, sondern sind auch betrachten wie regulatorische Proteine interagieren miteinander, um Signale zu integrieren und Genexpression regulieren.

Andere Forscher untersuchen alternatives Spleißen, und wie dieser Prozess in verschiedenen biologischen Zusammenhängen reguliert wird. Darüber hinaus sind einige von ihnen versuchen, um festzustellen, ob Protein Isoformen immer verschiedene, unterschiedliche Funktionen haben.

Zu guter Letzt viele Forscher untersuchen den Wirkmechanismus von kleinen RNAs und versuchen, ihre ordnungspolitischen Ziele zu identifizieren. Es gibt auch ein wachsendes Interesse an ob kleine RNAs als "Biomarker" verwendet werden können, um Krankheiten zu diagnostizieren.

Nun, schauen wir uns die Werkzeuge, die Forscher nutzen, um die Genexpression zu beurteilen.

Eine beliebte Methode ist reverse Transkription oder "RT"-PCR, die RNA komplementär oder "C" umwandelt-DNA vor Verstärkung zu unterwerfen. Durch die Einbeziehung fluoreszierende Moleküle, die in der DNA während der PCR integriert sind, ist es möglich, diese Technik verwenden, um quantitativ messen Genexpression und beobachten Sie die Ergebnisse in "Echtzeit".

Um den Ausdruck tausender Gene gleichzeitig zu beurteilen, kann Microarrays verwendet werden. Hier sind DNA-Sequenzen "auf Folien, die dann auf fluoreszierende Sonden generiert aus Probe RNA hybridisiert sind gedruckt". Das resultierende Muster der Fluoreszenz kann verwendet werden, um exprimierten Gene zu identifizieren.

Eine andere Technik zur Profil-gen-Expression ist das Transkriptom, oder aller der zum Ausdruck gebrachten RNAs in einer Zelle zu sequenzieren. Hier wird cDNA erzeugt aus RNA-Proben Hochdurchsatz-Sequenzierung unterzogen. Im Gegensatz zu Microarrays Transkriptom Sequenzierung erfordert keine bereits vorhandenen genomische Informationen und kann verwendet werden, um unbekannte Abschriften oder neues Gen Isoformen identifizieren.

Forscher können auch visuell auswerten, wo ein Gen exprimiert wird mit in Situ Hybridisierung. Bei dieser Technik ist RNA zuerst mit komplementären Sonden hybridisiert, die dann durch Enzym-konjugierten Antikörpern erkannt werden kann, die ein visuelles Farb- oder Fluoreszenz-Signal zu erzeugen.

Der Reporter-Assay ist eine andere Technik, die Einblick in die Genregulation bieten kann. Das Reporter-Genprodukt erzeugt ein Signal wie Farbe oder Fluoreszenz. Die Reporter vielleicht direkt zu einem gen des Interesses verschmolzen, oder unter der Kontrolle einer regulatorischen Sequenz, wie der Veranstalter, die Transkription eines Gens oder einer weiter entfernten Enhancer-Element fährt platziert werden. Das Reporter-Signal kann dann als Anzeige für die regulatorisches Element Aktivität oder das Muster des Ausdrucks des Gens von Interesse handeln.

Zu guter Letzt Chromatin Immunopräzipitation oder "ChIP" lässt sich die genomische Standorte zu identifizieren, denen Transkriptionsfaktoren binden an, bei der Regelung der Genexpression. Hier komplexe Proteine und die DNA, die sie binden durch Antikörper isoliert sind, und der Ziel-DNA wird durch PCR und Sequenzierung identifiziert.

Nach einer Befragung der Methoden für die Untersuchung der Genexpression, betrachten einige ihrer Anwendungen.

Zellen innerhalb einer Population können feine Unterschiede in der Genexpression aufweisen, die biologische Folgen haben kann. In dieser Studie Forscher einzelnen menschlichen embryonalen Stammzellen aus der gleichen Kultur in separate Brunnen auf einem Teller gelegt. Mit Hilfe quantitativen RT-PCR, Wissenschaftler festgestellt, dass die Expression von Nanog —eine Stammzelle "Marker" — unterschieden sich innerhalb einer Probe.

Einige Forscher untersuchen, ob verschiedene Isoformen von regulatorischen Proteinen anders funktionieren. Hier galt ChIP menschliche Immunzellen, die verbindliche Ziele von "long" und "kurze" Isoformen des Proteins zu identifizieren. Sequenzierung Ergebnisse zeigten, dass einige gen Ziele nur durch die kurze Isoform, Hinweis auf mögliche funktionelle Unterschiede erkannt wurden.

Schließlich können Reporter Assays zur Genregulation durch kleine RNAs, wie z. B. Mikro-RNAs vermittelt zu bewerten. Wie Micro-RNAs Genexpression durch die Bindung an den 3 ¢ unübersetzt Regionen von mRNAs hemmen können, Wissenschaftler an Luciferase Reporter dieser Region aus verschiedenen Genen, und jeder von ihnen in Zellen zusammen mit einem MicroRNA eingeführt. Gen Ziele von der RNA wurden dann durch auf der Suche nach Zellen mit verminderter Lumineszenz-Signal identifiziert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Genexpression beobachtet. Wir haben die wichtigsten Ergebnisse im Ausdruck Genforschung, prominente Fragen und Methoden im Feld und einige aktuelle Anwendungen überprüft. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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