Реферат: Литература - Другое (книга по генетике)
p>ленные
из тканей линейных
животных, служащих
генетическоймоделью наследственного заболевания.
Идентификация гомологичных генов у экспериментальных
животных во многих случаях значительно облегчает и ускоряют
исследование функциональной активности нормальных и мутант-
ных генов человека. Большая роль в изучении молекулярных ме-
ханизмов развития патологических процессов in vivo принадле-
жит генетическим линиям животных. Это могут быть линии, по-
лученные в результате отбора спонтанно возникших или индуци-
рованных мутаций, а также искусственно сконструированные мо-
дели на базе трансгенных животных, в геном которых введен
чужеродный ген или фрагмент ДНК. Рассмотрим основные экспе-
риментальные подходы, используемые для анализа экспрессии
генов.
Раздел 6.2 Анализ регуляторных элементов гена, изоляция
и исследование мРНК, искусственные
транскрипционные системы.
Регуляция экспрессии генов в цепочке ДНК - РНК - белок
может осуществляться на различных молекулярных уровнях. В
соответствии с этим исследования дифференциальной активности
генов в разных типах клеток и тканей включают оценку работы
контролирующих элементов генов, анализ молекул РНК на всех
этапах от появления первичного транскрипта до зрелой мРНК и
изучение соответствующего белкового продукта, включая его
процессинг (созревание), внутриклеточную локализацию, тка-
неспецифическое распределение .
Исследования регуляторных цис-действующих элементов ге-
нома, таких как промоторы, инхансеры, участки ДНК, подавляю-
щие транскрипцию, являются составной частью анализа молеку-
лярной структуры любого гена. Идентификацию таких элементов
проводят с использованием разнообразных современных методов
молекулярной генетики. В частности, последовательности ДНК в
5'- фланкирующей области гена, ответственные за тканеспеци-
фическую индукцию генной активности, могут быть локализованы
путем исследования транскрипции в различных линиях клеток
при введении в них генов с искусственными делециями этих
участков ДНК. Для оценки активности идентифицированных регу-
ляторных последовательностей их сливают с чужеродными хорошо
изученными неиндуцибельными клонированными генами, так назы-
ваемыми "репортерами". Такие генетические конструкции в
составе векторных последовательностей вводят в культивируе-
мые клетки эукариот и наблюдают за изменением уровня
экспрессии. В качестве "репортера" часто использую ген хло-
рамфеникол-ацетил-трансферазы (CAT-ген), который в естест-
венных условиях экспрессируется только в клетках прокариот.
Сам фермент (CAT) обладает высокой активностью, что позволя-
ет не только легко обнаруживать ее минимальные количества в
клетке, но и с высокой точностью проводить количественную
оценку. Для повышения чувствительности анализ экспрессии хи-
мерных генов часто проводят в культуре фибробластов почек
африканской зеленой мартышки (COS-клетки). Эти клетки моди-
фицированы таким образом, что в них после трансфекции про-
исходит амплификация копий сконструированных определенным
образом эписом (внехромосомных генетических конструк-
ций ( см. Главу X), что ведет к значительному усилению сиг-
налов экспрессии введенных генов (трансгенов). Перенос генов
(трансгеноз) может быть осуществлен и на уровне целого орга-
низма, в частности, зиготы. Полученные в результате подобных
манипуляций трансгенные животные могут быть также использо-
ваны в качестве модельной системы для анализа механизмов
тканеспецифической активации генов in vivo.
Матричная РНК является наиболее удобным обьектом для
изучения регуляции транскрипции генов и посттранскрипционных
модификаций РНК. Тотальная клеточная РНК сотоит на 90 - 95%
из рибосомальных и транспортных РНК, тогда как доля трансли-
руемых или poly(A)+ РНК не превышает 5% (Льюин, 1987). При
этом, концентрация РНК-транскриптов индивидуальных генов
среди всех молекул мРНК, в среднем, колеблется в пределах от
0.01% до 0.001% (Гайцхоки, 1978). Поэтому для обнаружения
индивидуальных типов мРНК должны использоваться высоко-
чувствительные методы. Обычным методом идентификации мРНК на
тканевом и клеточном уровнях является гибридизация in situ
РНК- или ДНК-зондов с молекулами мРНК на гистологических
срезах (Хаффнер, Уиллисон,1990). В качестве ДНК-зондов
используют клонированные последовательности кДНК и синтети-
ческие олигонуклеотиды. После инкубации меченых зондов на
цитологических препаратах с последующей тщательной отмывкой
несвязавшихся молекул положение комплементарных РНК-последо-
вательностей в клетках определяют радиоавтографическими, ли-
бо в случае биотинового мечения - иммуногистохимическими ме-
тодами. Оптимальные условия гибридизации дают возможность не
только выявлять присутствие специфических мРНК, но и опреде-
лить их внутриклеточную локализацию (Манк, 1990; Хаффнер,
Уиллисон, 1990; Boehringer, Mannual, 1994).
Анализ индивидуальных РНК включает изоляцию из тканей
пула неповрежденных биологически активных мРНК и идентифика-
цию среди них специфических молекул путем использования раз-
личных вариантов ДНК-РНК гибридизации. Для генов с высоким
уровнем транскрипции могут быть пригодны дот или слот блоты
(см.Главу I). Когда источником РНК служат клетки, которые не
могут быть получены в большом количестве, используют цитоп-
лазматический дот-блот. При этом целые клетки лизируют, и
фиксируют непосредственно на тех мембранах, на которых про-
водят гибридизацию. Значительно большой чувствительностью
обладает, так называемый Northern blot (нозерн-блот) - гиб-
ридизация с ДНК- зондами на фильтрах предварительно скон-
центрированных и фракционированных путем электрофореза моле-
кул РНК (Sambrook et al., 1987). Электрофорез проводят в
агарозе с добавлением формальдегида, денатурирующего РНК. В
этих условиях скорость продвижения молекул РНК через гель
находится в логарифмической зависимости от длины последова-
тельности, что позволяет точно определить размер РНК
транскрипта. Основная масса РНК на геле представлена в виде
двух доминирующих бэндов, соответствующих двум типам рибосо-
мальной РНК - 28S и 18S. Все молекулы мРНК сконцентрированы
в плохо различимой, слабо окрашенной области геля, в которой
отдельные типы мРНК могут быть выявлены только путем гибри-
дизации с соответствующими ДНК-зондами. Нозерн-блот имеет то
преимущество, что при электрофорезе могут быть разделены мо-
лекулы РНК, дающие перекрестную гибридизацию с ДНК-зондом.
Кроме того, характер электрофоретического разделения позво-
ляет визуально оценить качество изолированной РНК. При очень
низких концентрациях специфических мРНК или в тех случаях,
когда ДНК-зонды дают перекрестную гибридизацию с другими
компонентами (не мРНК), проводят обогащение изолированной
тотальной РНК транслируемыми мРНК путем отбора на колонках
фракций, содержащих поли-A "хвосты". Для этого выделенную
РНК пропускают через короткую колонку с пришитыми поли-T
олигонуклеотидными последовательностями и высокой концентра-
цией солей в буферном растворе, так чтобы молекулы мРНК, со-
держащие поли -A "хвосты", задерживались на колонке. При
снижении концентрации солей в буфере происходит расплавление
A-T дуплексов и высвобождение молекул мРНК. Таким способом
доля этих молекул в определенных солевых фракциях может быть
увеличена на два порядка. Конечно, поли-A селекция применима
в тех случаях, когда имеется достаточно большое количество
тотальной РНК. Другим методом для исследования структуры РНК
транскриптов является S1-анализ. В этом случае ДНК-РНК гиб-
ридизацию ведут в растворе, куда и добавляют S1 нуклеазу для
переваривания однонитевых несвязавшихся молекул как ДНК, так
и РНК, после чего проводят электрофоретическую очистку дуп-
лексов, которые затем элюируют из геля для последующего ана-
лиза (Sambrook et al.,1989). Этот метод очень удобен для
анализа стартовых сайтов и 3'-концов генов, для определения
направления транскрипции и картирования интронов.
Уровень мРНК в клетке определяется несколькими кинети-
ческими параметрами - скоростью первичного синтеза, эффек-
тивностью процессинга РНК-транскриптов и периодом полураспа-
да зрелых молекул мРНК. Последний параметр определяют по ди-
намике исчезновения мРНК после добавления к клеткам актино-
мицина D, специфическим образом супрессирующего транскрип-
цию.
Исследование механизмов транскрипции и процессинга пер-
вичных РНК-транскриптов проводят in vitro с использованием
искусственным образом сконструированных транскрипционных
систем (Manley et al., 1986; Dignam et al., 1983;
Gutierrez-Hartmann et al., 1987; Хэймс,Хиггинс, 1987). Для
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70