전진유전학

Forward genetics

전진 유전학은 표현형을 담당하는 유전적 기초를 결정하는 분자 유전학 접근법이다. 전진 유전학 방법은 표현형의 식별에서 시작하여 연구 중인 특성을 나타내는 모형 유기체를 찾거나 만든다.

이것은 처음에 자연적으로 발생하는 돌연변이를 이용하거나 방사선, 화학 물질 또는 삽입물 돌연변이 유발(예: 전이성 원소)를 이용하여 수행되었다. 이후 번식이 일어나고 돌연변이 개체가 고립된 다음 유전자가 지도화된다. 전방유전학은 변형된 DNA 서열의 표현형 효과를 분석하여 유전자의 기능을 결정하는 역유전학의 카운터라고 생각할 수 있다.[1] 돌연변이 표현형은 어떤 유전자가 책임이 있는지 알기 훨씬 전에 종종 관찰되는데, 이는 돌연변이 표현형(예: 돌연변이에서 눈 색깔의 이름을 따서 명명된 드로소필라 장밋빛 유전자)의 이름을 따서 유전자의 이름을 붙일 수 있다.[2]

일반기법

전진 유전학 방법은 표현형의 식별에서 시작하여 연구 중인 특성을 나타내는 모형 유기체를 찾거나 만든다.[3] 일반적인 모델 유기체는 제브라피쉬로, 사람에게서 발견되는 질병과 상태를 모방하는 돌연변이를 표적으로 삼을 수 있다.[4] 종종 수십만 개의 돌연변이가 발생하는데, 이것은 화학물질이나 방사선의 도움을 받아 이루어질 수 있다.[5][6] 에틸메탄설폰산염(EMS)과 같은 화학물질은 무작위 점 변이를 일으킨다.[2] 이러한 종류의 돌연변이들은 어떤 유기체에도 쉽게 적용되기 때문에 유용할 수 있지만, 차세대 염기서열의 등장으로 인해 이 과정이 상당히 쉬워졌지만, 전통적으로 지도 제작이 매우 어려웠다. 돌연변이는 삽입 돌연변이 유발에 의해서도 발생할 수 있다. 예를 들어, 마커를 포함한 전이 가능한 요소들은 게놈에 무작위로 동원된다. 이러한 트랜스포존들은 종종 한 번만 전치되도록 변형되며, 게놈에 한번 삽입되면 선택 가능한 마커를 사용하여 돌연변이 유발된 개인을 식별할 수 있다. 알려진 DNA 조각이 삽입되었기 때문에 이것은 유전자의 매핑과 복제를 훨씬 더 쉽게 만들 수 있다.[2][7] 방사선을 사용하여 삭제를 유발하거나 염색체 재배열과 같은 다른 방법을 사용하여 돌연변이를 발생시킬 수도 있다.[2]

일단 돌연변이 유발 및 선별이 완료되면 일반적으로 돌연변이가 열성인 경우 돌연변이 표현형식이 동일한 유전자에서 발생하는지 확인하기 위해 보완 테스트를 수행한다.[2][6] 만약 두 열성 돌연변이 사이에 교차한 후의 자손이 야생형 표현형을 가지고 있다면, 그 표현형은 둘 이상의 유전자에 의해 결정된다고 유추할 수 있다. 대표적으로 가장 강한 표현형을 나타내는 대립각을 추가로 분석한다. 이어 연계와 유전자 표지를 이용해 유전자 지도를 만들 수 있고, 이어 관심 유전자를 복제해 염기서열화할 수 있다. 같은 유전자의 알레르기가 많이 발견되면 화면은 포화상태라고 하며 표현형 생성과 관련된 유전자가 모두 발견되었을 가능성이 높다.[6]

인간병

인간의 질병과 장애는 돌연변이의 결과일 수 있다.[8] 책임 유전자를 결정하기 위해 유전성 질환을 연구하는 데 전진 유전학 방법이 사용된다.[5] 단일 유전자 또는 멘델리아 질환의 경우 오감 돌연변이가 유의할 수 있다. 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP)을 분석하여 장애 표현형과 관련된 유전자 돌연변이를 확인할 수 있다. 1980년 이전에는 DNA 기술의 발전으로 위치 복제와 역유전학이 생기기 전까지 인간 유전자가 질병의 중심지로 확인된 적이 거의 없었다. 1980년대와 1990년대에 위치 복제는 유전적 매핑, 물리적 매핑, 유전자 돌연변이 인식으로 구성되었다.[9] 오래된 유전자 기술을 사용하여 질병의 위치를 발견하는 것은 매우 길고 어려운 과정이었고 많은 작업은 연관 연구와 염색체 걸음마를 통해 유전자를 지도 제작하고 복제하는 작업에 들어갔다.[2][10] 진통성과 비용이 많이 들지만, 전방 유전학은 돌연변이가 질병과 연관되어 있다는 객관적인 정보를 얻을 수 있는 방법을 제공한다.[11] 전방 유전학의 또 다른 장점은 연구 중인 유전자에 대한 사전 지식이 필요하지 않다는 것이다.[5] 그러나 낭포성 섬유증은 전방 유전학의 과정이 인간의 유전적 장애를 어떻게 해명할 수 있는지를 보여준다. 유전연계 연구는 단백질 표지를 사용하여 낭포성 섬유증에 있는 질병의 위치를 7번 염색체에 매핑할 수 있었다. 그 후 염색체 보행과 점핑 기술을 사용하여 유전자를 식별하고 염기서열을 분석하였다.[12] 전진 유전학은 단성-단일 표현형 상황에 효과가 있을 수 있지만 암과 같은 더 복잡한 질병에서는 오히려 역유전학을 사용하는 경우가 많다.[10] 이것은 대개 복합적인 질병들이 복합적인 유전자, 돌연변이, 또는 그것을 유발하거나 영향을 미칠 수 있는 다른 요소들을 가지고 있는 경향이 있기 때문이다.[8] 전진 및 역방향 유전학은 서로 반대되는 접근법으로 작용하지만 둘 다 유전학 연구에 유용하다.[5] 그것들은 유사한 결과가 발견되었는지 보기 위해 함께 결합될 수 있다.[5]

고전적 전진 유전학

고전적인 유전학적 접근법에 의해, 연구자는 다른 특이한 형질을 지닌 개인들과 교배하고 두 형질이 얼마나 자주 함께 유전되는지에 대한 통계를 수집하여 염색체에서 유전자를 찾아낼 수 있다. 고전적인 유전학자들은 새로운 돌연변이 알레르기의 지도를 그리기 위해 표현형질을 사용했을 것이다. 결국 그러한 화면들이 충분히 큰 규모에 도달하여 대부분의 또는 새로 생성된 돌연변이가 본질적으로 돌연변이로 게놈을 포화시키는 두 번째 히트를 나타낼 수 있기를 희망한다. 고전적 실험에서 이러한 유형의 포화 돌연변이 유발은 특정한 표현형식의 출현을 위한 최소한의 유전자 세트를 정의하는데 사용되었다.[13] 그러나 이러한 초기 화면은 중복된 위치 및 후생유전적 효과가 누락되어 불완전했으며, 직접 측정할 수 있는 표현형식이 부족한 특정 표현형에는 그러한 화면을 수행하기가 어려웠다. 또한 고전적인 유전학적 접근법은 상당히 오래 걸린다.

역사

그레고르 멘델은 완두콩 식물 표현형을 실험하여 1865년에 유전자와 유전에 대한 결론을 발표했다.[5] 1900년대 초반에 토마스 헌트 모건은 라듐을 사용하여 드로소필라를 돌연변이로 만들고 유전적인 돌연변이를 찾으려고 시도했다.[14] 알프레드 스터테반트는 나중에 드로소필라의 유전자를 그들이 따르고 있던 돌연변이로 매핑하기 시작했다.[15] 1990년대에는 배아에서 성체 파리까지 발달에 중요한 드로소필라 유전자를 더 잘 이해하기 위해 전진 유전학 방법이 사용되었다.[16] 1995년 노벨상은 개발 유전학에 대한 연구로 크리스티안 뷔슬린, 에드워드 루이스, 그리고 에리스 비스케우스에게 돌아갔다.[16] 인간 게놈 지도는 2003년에 발표되었다.[17] 멘델리아 장애에 기여하는 유전자를 식별하는 능력은 유전학과 기술의 발달로 1990년 이후 향상되었다.[8]

참고 항목

참조

  1. ^ "What is the Field of Reverse Genetics". innovateus. Retrieved 13 November 2014.
  2. ^ a b c d e f Parsch J. "Forward and Reverse Genetics" (PDF). Ludwig-maximilians-universitat Munchen. Archived from the original (PDF) on 13 December 2014. Retrieved 31 October 2014.
  3. ^ Moresco EM, Li X, Beutler B (May 2013). "Going forward with genetics: recent technological advances and forward genetics in mice". The American Journal of Pathology. 182 (5): 1462–73. doi:10.1016/j.ajpath.2013.02.002. PMC 3644711. PMID 23608223.
  4. ^ Wise CA, Rios JJ (2015). Molecular Genetics of Pediatric Orthopaedic Disorders. Springer New York. ISBN 978-1-4939-2169-0. OCLC 974389354.
  5. ^ a b c d e f Brown TA (2018). Genomes 4 (Fourth ed.). New York, NY. ISBN 978-0-8153-4508-4. OCLC 965806746.
  6. ^ a b c Hunter S. "Forward Genetics Topics". UCSanDiego. Archived from the original on 15 December 2014. Retrieved 7 November 2014.
  7. ^ Hartwell L (2010-09-14). Genetics from genes to genomes (Fourth ed.). New York,NY: McGraw-Hill. p. G-11. ISBN 978-0-07-352526-6.
  8. ^ a b c Stearns S (2008). Evolution in Health and Disease. New York: Oxford University Press Inc. ISBN 978-0-19-920746-6.
  9. ^ Beutler B (December 2016). "Innate immunity and the new forward genetics". Best Practice & Research. Clinical Haematology. 29 (4): 379–387. doi:10.1016/j.beha.2016.10.018. PMC 5179328. PMID 27890263.
  10. ^ a b Strachan T, Read A (1999). Human Molecular Genetics 2 (2nd ed.). New York: Garland Science. p. Chapter 15. ISBN 978-1-85996-202-2. Retrieved 31 October 2014.
  11. ^ Gurumurthy CB, Grati M, Ohtsuka M, Schilit SL, Quadros RM, Liu XZ (September 2016). "CRISPR: a versatile tool for both forward and reverse genetics research". Human Genetics. 135 (9): 971–6. doi:10.1007/s00439-016-1704-4. PMC 5002245. PMID 27384229.
  12. ^ Rommens JM, Iannuzzi MC, Kerem B, Drumm ML, Melmer G, Dean M, Rozmahel R, Cole JL, Kennedy D, Hidaka N (September 1989). "Identification of the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping". Science. 245 (4922): 1059–65. Bibcode:1989Sci...245.1059R. doi:10.1126/science.2772657. PMID 2772657.
  13. ^ Gibson G, Muse SV (2009). A Primer of Genome Science (Third ed.). Sinauer Press.
  14. ^ Hamilton V (2016-07-19). "The Secrets of Life". Science History Institute. Retrieved 2018-09-25.
  15. ^ "An Overview of the Human Genome Project". National Human Genome Research Institute (NHGRI). Retrieved 2018-09-25.
  16. ^ a b Gilbert S (2014). Developmental Biology. Sutherland, MA: Sinauer Associates Inc. ISBN 978-0-87893-978-7.
  17. ^ "An Overview of the Human Genome Project". National Human Genome Research Institute (NHGRI). Retrieved 2018-09-25.