Cinka pirkstu nukleāzes

Cinka pirkstu nukleāzes (jeb ZFN) ir instruments, ko izmanto, lai mērķētu uz gēniem un mainītu DNS. Tā ir viena no trim metodēm, kā mainīt genomu, izmantojot inženierijas nukleāzes.

Tām ir divas daļas. Cinka pirkstiņi ir cilvēka radītas molekulas, kas sastāv no proteīna un cinka. Katrs no tiem saistās ar noteiktu DNS. Cinka pirkstu nukleāzes (ZFN) ir enzīmi, kas iegūti, cinka pirkstu savienojot ar DNS šķelšanas fermentu, ko sauc par Fokl. Tādējādi ZFN piesaistās konkrētai DNS sekvencei un pēc tam to nogriež divās vietās. Parastie šūnu fermenti salīmē galus kopā, atņemot izgriezto daļu (DNS labošana).

Katrs ZFN ir izgatavots tā, lai to varētu izmantot vienam gēnam, ko sauc par "mērķa gēnu" vai "mērķa DNS". Tos var izstrādāt tā, lai tie darbotos uz konkrētām gēnu daļām, radot vēlamās izmaiņas. Divi DNS izmaiņu veidi ir mutācijas, piemēram, svītrojumi un iestarpinājumi. Ģenētikas pētījumos aplūko mutējušus dzīvnieku īpatņus, lai noskaidrotu, ko konkrētais gēns dara.

Cinka pirksta molekulas 3-D attēlojums. Cinka pirkstiņi ir apzīmēti ar zilu krāsu, bet cinka jons - ar zaļu.

Cinka pirksta struktūra

"Cinka pirkstiņš" ir daudzu olbaltumvielu struktūru nosaukums. Cinka atoms saista olbaltumvielas un padara tās stabilākas. ZFN saistās ar DNS bāzes pāriem. Viens cinka pirkstiņš pats par sevi var saistīt aptuveni 3 bāzes pārus.

ZFN funkcija

Cinka pirkstu nukleāzes ir izgatavotas ar 3-6 cinka pirkstiem. ZFN ir divi svarīgi domēni: DNS saistošais domēns un DNS noārdīšanas domēns. DNS skaldīšanas domēns izmanto enzīmu, ko sauc par Fokl, kas lauž DNS.

ZFN var mainīt tikai tās DNS sekvences, kurām tie ir paredzēti. DNS saistošais domēns saistās ar konkrētu DNS sekvenci. Diviem ZFN, kas paredzēti vienai un tai pašai DNS sekvencei, ir jāmaina viens gēns. DNS saistošie domēni saistās ar abām DNS dubultās spirāles virknēm. DNS šķeldošie domēni pārrauj DNS virkni un izgriež gēna bāzes pārus. Šūnas pašas salabo pārrautās DNS virknes, izmantojot DNS labošanu. Delecijas mutācijas rodas, ja pēc DNS labošanas trūkst bāzes pāru.

Var norādīt arī mērķa gēna sekvences garumu. Izmantojot 3 cinka pirkstus, var mainīt vismaz 9 bāzes pārus. Tas ir noderīgi ļoti īsu DNS sekvenču izņemšanai un ievietošanai un to ietekmes noteikšanai uz mērķa gēnu. Arī lielas sekvences var mainīt, izmantojot vairāk nekā vienu ZFN.

ZFN izmantošana

ZFN ir izmantoti, lai atklātu gēnu funkcijas daudzos ģenētikas pētījumos. ZFN var izmantot, lai mainītu jebkuras sugas DNS. Vēl viena ZFN īpašība ir tā, ka tos var izmantot in vivo (dzīvos organismos). Pašlaik tos izmanto modeļorganismos: augos, kukaiņos un zivīs.

ZFN gēnu pārveidošanas pētījumos iesaistīto organismu saraksts ietver:

Arabidopsis
Liellopi
C. elegans
Kukurūza
Drosophila melanogaster
Varles
Peles
Cūkas
Truši
Žurkas
Jūras eži
Zīdtārpiņi
Sojas pupiņas
Tabaka
Zebrāfeles

Problēmas, izmantojot ZFN

Lielākā problēma, kas saistīta ar ZFN, ir nejauši izmainīt ne tikai mērķa gēnu, bet arī citus gēnus. ZFN ir jāizveido tā, lai atrastu pareizos bāzes pārus mērķa gēnā. Šie bāzes pāri tiek izvēlēti tā, lai tie būtu tikai mērķa gēnā. DNS skaldīšanas domēni darbojas uz jebkuru DNS sekvenci, tāpēc, saistoties ar nepareizu gēna sekvenci, tā vietā tiks mainīta tā. ZFN, kas izslēdz vairāk nekā viena gēna bāzes pārus, netiek uzskatīti par precīziem.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir cinka pirkstu nukleāzes jeb ZFN?

A: Cinka pirkstu nukleāzes jeb ZFN ir instruments, ko izmanto, lai mērķētu uz gēniem un mainītu DNS.

J: Kādas ir trīs metodes genoma maiņai ar inženierijas nukleāzēm?

A: Cinka pirkstu nukleāzes jeb ZFN, transkripcijas aktivatoriem līdzīgās efektīvo nukleāžu sistēmas (TALEN) un regulāri izkliedētu īsu palindromisku atkārtojumu kopas (CRISPR) ir trīs metodes, kā mainīt genomu ar inženierijas nukleāžu palīdzību.

J: Kas ir cinka pirkstiņi?

A: Cinka pirkstiņi ir mākslīgi radītas molekulas, kas sastāv no proteīna un cinka un kas saistās ar konkrētu DNS.

J: Kas ir cinka pirkstu nukleāzes (ZFN)?

A: Cinka pirkstu nukleāzes (ZFN) ir enzīmi, kas rodas, cinka pirkstu sakausējot ar DNS šķelšanas fermentu, ko sauc par Fokl.

J: Kas notiek, kad ZFN saistās ar konkrētu DNS sekvenci?

A: Kad ZFN piesaistās konkrētai DNS sekvencei, tas to nogriež divās vietās.

J: Ko dara parastie šūnu fermenti pēc tam, kad DNS ir nogriezta?

A: Parastie šūnu fermenti salīmē galus kopā, atskaitot izgriezto daļu (DNS labošana).

Kādi ir divi DNS izmaiņu veidi, ko var veikt cinka pirkstu nukleāzes jeb ZFN?

A: Cinka pirkstu nukleāzes jeb ZFN var veikt divu veidu DNS izmaiņas: mutācijas, piemēram, izdzēšanu un iestarpināšanu.