조건 유전자 녹아웃

Conditional gene knockout

조건부 유전자 결핍은 간과 같은 특정 조직에서 특정 유전자를 제거하기 위해 사용되는 기술이다.[1][2]이 기술은 살아있는 유기체에서 개별 유전자의 역할을 연구하는 데 유용하다.생후부터 삭제되기보다는 특정 시기에 특정 유전자를 대상으로 하기 때문에 기존의 유전자 녹아웃과는 차이가 있다.조건부 유전자 녹아웃 기법을 사용하면 전통적인 유전자 녹아웃으로 인한 많은 부작용을 없앨 수 있다.전통적인 유전자 결핍에서, 유전자 돌연변이에 의한 배아 사망이 일어날 수 있고, 이것은 과학자들이 성인의 유전자를 연구하는 것을 방해한다.어떤 조직들은 분리해서 적절하게 연구될 수 없기 때문에, 유전자는 다른 조직에서 활동적인 상태를 유지하면서 특정 조직에서 활동하지 않아야 한다.이 기술로 과학자들은 특정 개발 단계에서 유전자를 녹아웃시킬 수 있으며, 한 조직에서 유전자의 녹아웃이 다른 조직에서 동일한 유전자에 어떻게 영향을 미치는지 연구할 수 있다.[3][4]

테크닉

조건부 녹아웃 마우스를 생성하는 방법을 보여주는 다이어그램:크레 유전자를 포함하는 생쥐와 록스 유전자를 포함하는 생쥐는 특정 관심 유전자에 대한 조건부 녹아웃을 생성하기 위해 사육되었다.생쥐는 크레 재조합이나 록스 부지를 자연적으로 표현하지 않지만, 이러한 유전자 생산물을 표현하도록 설계되어 바람직한 자손을 만들어냈다.

가장 일반적으로 사용되는 기술은 크레록스 재조합 시스템이다.크레 재조합효소는 특히 DNA 내에 있는 두 개의 lox(재조합의 로시) 부지를 인식하여 그들 사이의 재조합을 유발한다.재결합하는 동안 두 가닥의 DNA 교환 정보가 교환된다.이러한 재조합은 두 롭스 부위의 성향에 따라 두 롭스 부위의 유전자가 삭제되거나 뒤집히는 원인이 될 것이다.그것을 불활성화하기 위해 전체 유전자를 제거할 수 있다.[1][3]이 전체 체계는 유도성이 있어서 특정 시간에 유전자를 박살내기 위해 화학물질을 첨가할 수 있다.가장 많이 사용되는 화학 물질 중 두 가지는 테트라사이클린으로, 크레 재조합효소 유전자의 전사와 크레 재조합효소 단백질의 핵으로의 이동을 활성화하는 타목시펜이다.[4]일부 세포 유형만 크레 재조합효소를 표현하고 포유류 세포는 이를 표현하지 않기 때문에 포유류에서 조건부 유전자 녹아웃을 사용할 때 록스 부위가 우발적으로 활성화될 위험이 없다.유기체에서 크레-레콤비나제를 어떻게 표현하는지 알아내는 것은 이 기술에서 가장 어려운 부분이다.[3]

사용하다

조건부 유전자 녹아웃 방법은 종종 다른 포유류에서 인간의 질병을 모형화하는 데 사용된다.[2]그것은 특정 세포 유형이나 발달 단계에서 발병하는 암과 같은 질병을 연구하는 과학자들의 능력을 증가시켰다.[4]BRCA1 유전자의 돌연변이가 유방암과 연관이 있는 것으로 알려져 있다.과학자들은 쥐의 유선 조직에서 BRCA1 알레르기를 삭제하기 위해 조건부 유전자 녹아웃을 사용했고, 그것이 종양 억제에 중요한 역할을 한다는 것을 발견했다.[3]

생쥐 뇌의 특정 유전자가 알츠하이머병의 발병에 관여한다고 생각되어 사이클린 의존성 키나제5(Cdk5) 효소를 암호화하는 유전자가 녹아웃되었다.그러한 생쥐는 일반 생쥐보다 '소량'이 많은 것으로 밝혀졌으며 실험실에서 사육되는 '정상' 생쥐에 비해 복잡한 작업을 지능적으로 처리할 수 있었다.[5]

KOMP(Knockout Mouse Project)

많은 유전자들이 두 종 모두에서 유사한 표현형을 생성하기 때문에 쥐의 조건부 유전자 결핍은 종종 인간의 질병을 연구하는데 사용된다.지난 100년 동안 실험용 쥐 유전자가 이를 위해 사용되어 온 것은 쥐가 생리학적으로 인간과 비슷해 질적 실험을 할 수 있는 포유동물이기 때문이다.이 두 사람은 유전자가 너무 비슷해 연구된 4000여 종의 유전자 가운데 한 종에서 발견된 유전자는 10여 종에 불과하지만 다른 종에서는 발견되지 않았다.모든 포유류는 대략 8천만년 전에 같은 조상을 공유했다; 엄밀히 말하면, 포유류의 모든 게놈은 비교적 유사하다.그러나 쥐와 인간을 비교했을 때, 게놈의 단백질 부위는 85%가 동일하고 99%의 동음이의 유사성을 가지고 있다.이러한 유사점들은 두 종 사이에 유사한 표현형을 나타내게 된다.[8][12] 그들의 유전자는 99%가 유사한 호몰로그램을 가진 인간과 매우 유사하다.유사한 표현형들을 만들어 내는 것뿐만 아니라 그들을 조건부 유전자 결핍에 대한 매우 유망한 후보들로 만든다.[8] KOMP의 목표는 쥐의 단백질 코딩 유전자 2만 개 각각에 대해 배아줄기세포에 녹아웃 돌연변이를 일으키는 것이다.[2]유전자들은 이것이 그들의 기능을 연구하고 인간의 질병에서 그들의 역할에 대해 더 많이 배울 수 있는 가장 좋은 방법이기 때문에 녹아웃된다.조건부 유전자 녹아웃에 대한 두 가지 주요 전략이 있는데, 그것은 유전자 표적화 또는 동질 재조합과 유전자 트랩이다.두 방법 모두 인공 DNA가 대상 ES세포로 이동하는 방법으로 변형된 바이러스 벡터나 선형 파편을 가지고 있다.그리고 나서 이 세포들은 며칠 동안 페트리 접시에서 자라 초기 단계의 배아에 삽입된다.마지막으로, 배아는 성인 암컷의 자궁에 들어가 자식으로 자랄 수 있다.[9] 이 프로젝트의 일부 주장은 전통적인 방법을 사용하여 녹아웃할 수 없으며 조건부 유전자 녹아웃 기법의 특수성을 요구한다.마지막 남은 알레르기를 제거하기 위해서는 다른 결합 방법이 필요하다.조건부 유전자 녹아웃은 시간이 많이 걸리는 절차로 나머지 쥐 유전자를 제거하는 데 초점을 맞춘 추가 프로젝트들이 있다.[6]KOMP 프로젝트 기고자인 올리버 스미시스는 틀림없이 이 유전자를 목표로 하는 것에 가장 큰 과학적 영향을 주었다.올리버는 유전자의 기능을 식별할 수 있는 기술과 특정 유전자를 삭제하기 위해 '노크아웃' 방법을 사용하는 방법에 대해 인정받아 노벨 의학상을 받았다.불행하게도, 유전자 타겟팅의 선구자는 2017년 1월 10일 91세의 나이로 사망했다.[11] KOMP의 예상은 2006년에 시작되어 오늘날에도 여전히 진행 중이다.[7]KOMP Repository는 프로젝트에 참여한 사람들에게 피드백을 돌려줄 수 있는 인센티브를 제공하고, 특정 기준을 만족하는 사람에게는 연구 세포 비용의 50%를 환불받을 수 있다.[10]

참조

  1. ^ a b Varshney, Guarav; Burgess, Shawn (26 October 2013). "Mutagenesis and phenotyping resources in zebrafish for studying development and human disease". Briefings in Functional Genomics. 13 (2): 82–94. doi:10.1093/bfgp/elt042. PMC 3954039. PMID 24162064.
  2. ^ a b c Skarnes, William; Rosen, Barry; et al. (2011). "A conditional knockout resource for the genome-wide study of mouse gene function". Nature. 474 (7351): 337–342. doi:10.1038/nature10163. PMC 3572410. PMID 21677750.
  3. ^ a b c d Clarke, Alan (21 March 2000). "Manipulating the germline: its impact on the study of carcinogenesis". Carcinogenesis. 21 (3): 435–441. doi:10.1093/carcin/21.3.435. PMID 10688863.
  4. ^ a b c Zhang, Jian; Zhao, Jing (July 2012). "Conditional gene manipulation: Cre-ating a new biological era". J Zhejiang Univ Sci B. 13 (7): 511–524. doi:10.1631/jzus.b1200042. PMC 3390709. PMID 22761243.
  5. ^ "Increased intelligence through genetic engineering". 2007-05-29. Retrieved 2015-05-30.
  6. ^ Guan, Chunmei; Ye, Chao; Yang, Xiaomei; Gao, Jiangang (2010). "A Review of Current Large-Scale Mouse Knockout Efforts". Genesis. 48 (2): 73–85. doi:10.1002/dvg.20594. PMID 20095055. S2CID 34470273.
  7. ^ Gondo, Y (2008). "Trends in large-scale mouse mutagenesis: from genetics to functional genomics". Nat. Rev. Genet. 9 (10): 803–810. doi:10.1038/nrg2431. PMID 18781157. S2CID 1435836. Retrieved 5 November 2015.

8. Austin, C. P., Battey, J. F., Bradley, A., Bucan, M., Capecchi, M., Collins, F. S., Dove, W. F., Duyk, G., Dymecki, S., Eppig, J. T., Grieder, F. B., Heintz, N., Hicks, G., Insel, T. R., Joyner, A., Koller, B. H., Lloyd, K. C., Magnuson, T., Moore, M. W., Nagy, A., … Zambrowicz, B. (2004).녹아웃 마우스 프로젝트.자연유전학, 36(9), 921–924.https://doi.org/10.1038/ng0904-921

9. 녹아웃 생쥐 현황표 (n.d.)https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/Knockout-Mice-Fact-Sheet에서 검색됨

10. 로이드 K. C(2011).생물의학 연구 공동체를 위한 완벽한 마우스 자원.뉴욕 과학 아카데미 연보, 1245, 24–26. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2011.06311.x

11. 노벨상 수상자 닥터Oliver Smithies가 7월 10일(현지시간) 얼 H. 모리스에게 강연을 할 예정이다.https://medicine.wright.edu/about/article/2009/smithieslecture에서 검색됨

12. NIH. (n.d.)왜 마우스가 중요한가.https://www.genome.gov/10001345/importance-of-mouse-genome에서 검색됨