إدخال الجينات

في الاستنساخ الجزيئي وعلم الأحياء ، يشير مصطلح إدخال الجينات (اختصارًا: KI ) إلى طريقة هندسة وراثية تتضمن استبدال معلومات تسلسل الحمض النووي واحدًا بواحد في موضع وراثي أو إدخال معلومات تسلسل غير موجودة داخل الموضع. ^[1] عادةً، يتم ذلك في الفئران لأن التكنولوجيا المستخدمة في هذه العملية أكثر دقة وهناك درجة عالية من تعقيد التسلسل المشترك بين الفئران والبشر. ^[2] الفرق بين تقنية إدخال الجينات وتقنيات التعديل الوراثي التقليدية هو أن إدخال الجينات ينطوي على إدخال جين في موضع وراثي محدد، وبالتالي فهو إدخال "مستهدف". إنه عكس إخراج الجينات .

الاستخدام الشائع لتقنية الاستبدال هو إنشاء نماذج الأمراض. إنها تقنية يمكن من خلالها للباحثين العلميين دراسة وظيفة الآلية التنظيمية (مثل المحفزات ) التي تحكم التعبير عن الجين الطبيعي الذي يتم استبداله. يتم تحقيق ذلك من خلال ملاحظة النمط الظاهري الجديد للكائن الحي المعني. يتم استخدام BACs و YACs في هذه الحالة حتى يمكن نقل شظايا كبيرة.

تقنية

نشأت تقنية إدخال الجينات كتعديل طفيف لتقنية إخراج الجينات الأصلية التي طورها مارتن إيفانز وأوليفر سميثيز وماريو كابيتشي . تقليديًا، اعتمدت تقنيات إدخال الجينات على إعادة التركيب المتماثل لدفع استبدال الجينات المستهدفة، على الرغم من تطوير طرق أخرى باستخدام نظام بوساطة الترانسبوزون لإدخال الجين المستهدف. ^[3] يعد استخدام مواقع loxP المحيطة التي يتم استئصالها عند التعبير عن إنزيم إعادة تركيب Cre باستخدام ناقلات الجينات مثالاً على ذلك. ثم يتم زرع الخلايا الجذعية الجنينية مع التعديل المطلوب في الكيسة الأريمية القابلة للحياة ، والتي ستنمو إلى فأر هجين ناضج مع بعض الخلايا التي تحتوي على المعلومات الوراثية لخلية الكيسة الأريمية الأصلية وخلايا أخرى تحتوي على التعديلات التي تم إدخالها على الخلايا الجذعية الجنينية. ثم سيكون لدى النسل اللاحق للفأر الهجين عملية إدخال الجينات. ^[4]

لقد سمح إدخال الجينات لأول مرة بإجراء دراسات تعتمد على فرضيات حول تعديلات الجينات والأنماط الظاهرية الناتجة. على سبيل المثال، يمكن إحداث طفرات في جين p53 البشري عن طريق التعرض لمادة البنزو(أ) بيرين (BaP) ويمكن إدخال النسخة المتحولة من جين p53 في جينومات الفئران. توفر أورام الرئة التي لوحظت في الفئران التي تم إدخال جين p53 فيها دعمًا لفرضية قدرة مادة البنزو(أ) بيرين على التسبب في السرطان . ^[5] سمحت التطورات الأحدث في تقنية إدخال الجينات للخنازير بإدخال جين للبروتين الفلوري الأخضر باستخدام نظام CRISPR/Cas9 ، مما يسمح بإدخال الجينات بدقة ونجاح أكبر. ^[6] تسمح سرعة إدخال الجينات بوساطة CRISPR/Cas9 أيضًا بإنشاء تعديلات ثنائية الأليلات لبعض الجينات وملاحظة النمط الظاهري في الفئران في جيل واحد، وهو إطار زمني غير مسبوق. ^[7]

مقابل إخراج الجينات

تختلف تقنية إدخال الجينات عن تقنية إخراج الجينات من الجين في أن تقنية إخراج الجينات تهدف إما إلى حذف جزء من تسلسل الحمض النووي أو إدراج معلومات غير ذات صلة بتسلسل الحمض النووي لتعطيل التعبير عن موضع وراثي معين. من ناحية أخرى، تعمل تقنية إدخال الجينات على تغيير الموضع الجيني محل الاهتمام من خلال استبدال معلومات تسلسل الحمض النووي واحدًا لواحد أو عن طريق إضافة معلومات التسلسل التي لا توجد في الموضع الجيني المذكور. وبالتالي يمكن اعتبار إدخال الجينات طفرة اكتساب وظيفة وإخراج الجينات طفرة فقدان وظيفة ، ولكن قد تتضمن تقنية إدخال الجينات أيضًا استبدال موضع جين وظيفي بنمط ظاهري متحور يؤدي إلى بعض فقدان الوظيفة. ^[8]

التطبيقات المحتملة

وبسبب نجاح أساليب إدخال الجينات حتى الآن، يمكن تصور العديد من التطبيقات السريرية. وقد ثبت بالفعل أن إدخال أجزاء من جين الغلوبولين المناعي البشري في الفئران يسمح لها بإنتاج أجسام مضادة بشرية مفيدة علاجيًا. ^[9] يجب أن يكون من الممكن تعديل الخلايا الجذعية لدى البشر لاستعادة وظيفة الجين المستهدفة في أنسجة معينة، على سبيل المثال ربما تصحيح جين سلسلة جاما المتحور لمستقبل IL-2 في الخلايا الجذعية المكونة للدم لاستعادة نمو الخلايا الليمفاوية لدى الأشخاص المصابين بنقص المناعة المشترك الشديد المرتبط بالكروموسوم X. ^[4]

القيود

في حين أثبتت تقنية إدخال الجينات أنها تقنية قوية لتوليد نماذج للأمراض البشرية والتعرف على البروتينات في الجسم الحي ، لا تزال هناك العديد من القيود. ويشترك العديد منها مع قيود تقنية إخراج الجينات. أولاً، تؤدي مجموعات الجينات المُدخلة إلى تعقيد متزايد في التفاعلات التي تحدث بين الجينات المُدخلة ومنتجاتها وأقسام أخرى من الجينوم، وبالتالي يمكن أن تؤدي إلى المزيد من الآثار الجانبية والأنماط الظاهرية التي يصعب تفسيرها . أيضًا، تم وصف عدد قليل فقط من المواضع، مثل موضع ROSA26 بشكل جيد بما يكفي حيث يمكن استخدامها في إدخال الجينات المشروطة؛ مما يجعل مجموعات الجينات المُخبرة والمُحورة في نفس الموضع مشكلة. أكبر عيب في استخدام إدخال الجينات لتوليد نماذج الأمراض البشرية هو أن فسيولوجيا الفئران ليست متطابقة مع فسيولوجيا البشر، وغالبًا ما لا تعكس نظائر البروتينات البشرية المعبر عنها في الفئران دور الجين في علم الأمراض البشري بالكامل. ^[10] يمكن ملاحظة ذلك في الفئران المنتجة بطفرة التليف ΔF508 في جين CFTR ، والذي يمثل أكثر من 70% من الطفرات في هذا الجين لدى البشر ويؤدي إلى التليف الكيسي . وفي حين أن فئران التليف الكيسي ΔF508 تظهر عيوب المعالجة المميزة للطفرة البشرية، إلا أنها لا تظهر التغيرات المرضية الرئوية التي تظهر لدى البشر ولا تحمل أي نمط رئوي تقريبًا. ^[11] يمكن تخفيف مثل هذه المشاكل باستخدام مجموعة متنوعة من نماذج الحيوانات، وتم إنشاء نماذج الخنازير (تشترك رئات الخنازير في العديد من أوجه التشابه البيوكيميائية والفسيولوجية مع رئات البشر) في محاولة لشرح نشاط طفرة ΔF508 بشكل أفضل. ^[12]

انظر أيضا

مراجع

^ جيبسون، جريج (2009). كتاب تمهيدي عن علم الجينوم، الطبعة الثالثة . سندرلاند، ماساتشوستس: سيناور. ص 301-302. رقم ISBN 978-0-87893-236-8.
^ اتحاد تسلسل جينوم الفأر؛ واترستون، روبرت هـ.؛ ليندبلاد-توه، كرستين؛ بيرني، إيوان؛ روجرز، جين؛ أبريل، جوزيف ف.؛ أغاروال، بانكاج؛ أغاروالا، ريتشا؛ أينسكو، راشيل (2002-12-05). "التسلسل الأولي والتحليل المقارن لجينوم الفأر". نيتشر . 420 (6915): 520-562. رمز Bibcode :2002Natur.420..520W. doi : 10.1038/nature01262 . ISSN 0028-0836. PMID 12466850.
^ Westphal, CH; Leder, P. (1997-07-01). "تركيبات استهداف الجينات المولدة بواسطة الترانسبوزون "المنفصلة" و"المنقولة" للاستخدام في الفئران". علم الأحياء الحالي . 7 (7): 530–533. رمز Bibcode :1997CBio....7..530W. doi : 10.1016/s0960-9822(06)00224-7 . ISSN 0960-9822. PMID 9210379.
^ ab Manis, John P. (2007-12-13). "الضربة القاضية، الضربة القاضية، الضربة القاضية--الفئران المعدلة وراثيًا وجائزة نوبل". مجلة نيو إنجلاند الطبية . 357 (24): 2426-2429. doi :10.1056/NEJMp0707712. ISSN 1533-4406. PMID 18077807.
^ ليو، زيباي؛ مولباور، كارل رودولف؛ شمايزر، هاينز هـ؛ هيرجينهان، مانفريد؛ بلهارازيم، جيدا؛ هولشتاين، مونيكا س. (2005-04-01). "طفرات البروتين 53 في الخلايا الليفية البشرية المعرضة للبنزو(أ) بيرين المرتبطة بالبروتين 53 ترتبط بطفرات البروتين 53 في أورام الرئة البشرية". أبحاث السرطان . 65 (7): 2583-2587. doi :10.1158/0008-5472.CAN-04-3675. ISSN 0008-5472. PMID 15805253.
^ روان ، جينكسو. لي، هيجانج؛ شو، كوي؛ وو، تيانوين؛ وي، جينغليانغ؛ تشو رونغ. ليو، تشيجو؛ مو، يوليان؛ يانغ ، شولين (2015/09/18). “طرق الجينات المحورة ذات الكفاءة العالية لـ CRISPR/Cas9 في موضع H11 في الخنازير”. التقارير العلمية . 5 : 14253. بيب كود :2015NatSR...514253R. دوى :10.1038/srep14253. بمك 4585612 . بميد 26381350.
^ وانغ ، يانليانغ. لي، جونهونغ؛ شيانغ، جينتشو؛ ون، بينغ تشيانغ؛ مو، هاييوان؛ تشانغ، وي. هان ، جيانيونغ (2015/12/10). “توليد عالي الكفاءة من الفئران الجينية لمراسل البياليليك عبر تحرير الجينوم بوساطة كريسبر للخلايا الجذعية السرطانية”. البروتين والخلية . 7 (2): 152-156. دوى :10.1007/s13238-015-0228-3. ISSN 1674-800X. بمك 4742388 . بميد 26661644.
^ دويل، ألفريد؛ ماكجاري، مايكل ب.؛ لي، نانسي أ.؛ لي، جيمس ج. (2012-04-01). "بناء نماذج الفئران المعدلة وراثيًا والمعدلة وراثيًا/المعدلة وراثيًا للأمراض البشرية". أبحاث وراثية . 21 (2): 327-349. doi :10.1007/s11248-011-9537-3. ISSN 0962-8819. PMC 3516403. PMID 21800101 .
^ بيناتويل، لورينزو؛ كاي، جويل؛ كريتين، ناتالي؛ جودوين، جوناثان جي؛ كاريابا، أنايا؛ بيلاي، شيف؛ إياكوميني، جون (2008-03-15). "فئران Ig knock-in تنتج أجسامًا مضادة للكربوهيدرات: اختراق الخلايا البائية لإنتاج أجسام مضادة ذاتية منخفضة الألفة". مجلة المناعة . 180 (6): 3839-3848. doi : 10.4049/jimmunol.180.6.3839 . ISSN 0022-1767. PMID 18322191.
^ Tellkamp, Frederik; Benhadou, Farida; Bremer, Jeroen; Gnarra, Maria; Knüver, Jana; Schaffenrath, Sandra; Vorhagen, Susanne (2014-12-01). "تكنولوجيا الفئران المعدلة وراثيًا في علم الأحياء الجلدية: توليد فئران نوكين". مجلة الأمراض الجلدية الاستقصائية . 134 (12): 1-3. doi : 10.1038/jid.2014.434 . ISSN 1523-1747. PMID 25381772.
^ جروب، باربرا ر.؛ بوشيه، ريتشارد س. (1999-01-01). "علم وظائف الأعضاء المرضية لنماذج الفئران المستهدفة بالجينات للتليف الكيسي". المراجعات الفسيولوجية . 79 (1): S193–S214. doi :10.1152/physrev.1999.79.1.S193. ISSN 0031-9333. PMID 9922382.
^ Rogers, Christopher S.; Hao, Yanhong; Rokhlina, Tatiana; Samuel, Melissa; Stoltz, David A.; Li, Yuhong; Petroff, Elena; Vermeer, Daniel W.; Kabel, Amanda C. (2008-04-01). "إنتاج الخنازير غير المتجانسة CFTR-null وCFTR-DeltaF508 عن طريق استهداف الجينات بوساطة الفيروس المرتبط بالغدة ونقل نواة الخلية الجسدية". مجلة التحقيقات السريرية . 118 (4): 1571-1577. doi :10.1172/JCI34773. ISSN 0021-9738. PMC 2265103. PMID 18324337 .

روابط خارجية

الأساليب والتقنيات والبروتوكولات الوراثية
معهد كوش لأبحاث السرطان التكاملية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: النكسات والنكسات
برنامج شبكات البحث في UMass Profiles: تقنيات إدخال الجينات – أداة برمجية لشبكات البحث واستخراج الخبرات
http://www.transgenic.co.jp/en/products/mice-service/modified_mouse/knockin.php – يوضح عملية إنشاء ناقلات الإدخال وتربية الفئران

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] جيبسون، جريج (2009). كتاب تمهيدي عن علم الجينوم، الطبعة الثالثة . سندرلاند، ماساتشوستس: سيناور. ص 301-302. رقم ISBN 978-0-87893-236-8.

[2] اتحاد تسلسل جينوم الفأر؛ واترستون، روبرت هـ.؛ ليندبلاد-توه، كرستين؛ بيرني، إيوان؛ روجرز، جين؛ أبريل، جوزيف ف.؛ أغاروال، بانكاج؛ أغاروالا، ريتشا؛ أينسكو، راشيل (2002-12-05). "التسلسل الأولي والتحليل المقارن لجينوم الفأر". نيتشر . 420 (6915): 520-562. رمز Bibcode :2002Natur.420..520W. doi : 10.1038/nature01262 . ISSN 0028-0836. PMID 12466850.

[3] Westphal, CH; Leder, P. (1997-07-01). "تركيبات استهداف الجينات المولدة بواسطة الترانسبوزون "المنفصلة" و"المنقولة" للاستخدام في الفئران". علم الأحياء الحالي . 7 (7): 530–533. رمز Bibcode :1997CBio....7..530W. doi : 10.1016/s0960-9822(06)00224-7 . ISSN 0960-9822. PMID 9210379.

[:0-4] Manis, John P. (2007-12-13). "الضربة القاضية، الضربة القاضية، الضربة القاضية--الفئران المعدلة وراثيًا وجائزة نوبل". مجلة نيو إنجلاند الطبية . 357 (24): 2426-2429. doi :10.1056/NEJMp0707712. ISSN 1533-4406. PMID 18077807.

[5] ليو، زيباي؛ مولباور، كارل رودولف؛ شمايزر، هاينز هـ؛ هيرجينهان، مانفريد؛ بلهارازيم، جيدا؛ هولشتاين، مونيكا س. (2005-04-01). "طفرات البروتين 53 في الخلايا الليفية البشرية المعرضة للبنزو(أ) بيرين المرتبطة بالبروتين 53 ترتبط بطفرات البروتين 53 في أورام الرئة البشرية". أبحاث السرطان . 65 (7): 2583-2587. doi :10.1158/0008-5472.CAN-04-3675. ISSN 0008-5472. PMID 15805253.

[6] روان ، جينكسو. لي، هيجانج؛ شو، كوي؛ وو، تيانوين؛ وي، جينغليانغ؛ تشو رونغ. ليو، تشيجو؛ مو، يوليان؛ يانغ ، شولين (2015/09/18). “طرق الجينات المحورة ذات الكفاءة العالية لـ CRISPR/Cas9 في موضع H11 في الخنازير”. التقارير العلمية . 5 : 14253. بيب كود :2015NatSR...514253R. دوى :10.1038/srep14253. بمك 4585612 . بميد 26381350.

[7] وانغ ، يانليانغ. لي، جونهونغ؛ شيانغ، جينتشو؛ ون، بينغ تشيانغ؛ مو، هاييوان؛ تشانغ، وي. هان ، جيانيونغ (2015/12/10). “توليد عالي الكفاءة من الفئران الجينية لمراسل البياليليك عبر تحرير الجينوم بوساطة كريسبر للخلايا الجذعية السرطانية”. البروتين والخلية . 7 (2): 152-156. دوى :10.1007/s13238-015-0228-3. ISSN 1674-800X. بمك 4742388 . بميد 26661644.

[8] دويل، ألفريد؛ ماكجاري، مايكل ب.؛ لي، نانسي أ.؛ لي، جيمس ج. (2012-04-01). "بناء نماذج الفئران المعدلة وراثيًا والمعدلة وراثيًا/المعدلة وراثيًا للأمراض البشرية". أبحاث وراثية . 21 (2): 327-349. doi :10.1007/s11248-011-9537-3. ISSN 0962-8819. PMC 3516403. PMID 21800101 .

[9] بيناتويل، لورينزو؛ كاي، جويل؛ كريتين، ناتالي؛ جودوين، جوناثان جي؛ كاريابا، أنايا؛ بيلاي، شيف؛ إياكوميني، جون (2008-03-15). "فئران Ig knock-in تنتج أجسامًا مضادة للكربوهيدرات: اختراق الخلايا البائية لإنتاج أجسام مضادة ذاتية منخفضة الألفة". مجلة المناعة . 180 (6): 3839-3848. doi : 10.4049/jimmunol.180.6.3839 . ISSN 0022-1767. PMID 18322191.

[10] Tellkamp, Frederik; Benhadou, Farida; Bremer, Jeroen; Gnarra, Maria; Knüver, Jana; Schaffenrath, Sandra; Vorhagen, Susanne (2014-12-01). "تكنولوجيا الفئران المعدلة وراثيًا في علم الأحياء الجلدية: توليد فئران نوكين". مجلة الأمراض الجلدية الاستقصائية . 134 (12): 1-3. doi : 10.1038/jid.2014.434 . ISSN 1523-1747. PMID 25381772.

[11] جروب، باربرا ر.؛ بوشيه، ريتشارد س. (1999-01-01). "علم وظائف الأعضاء المرضية لنماذج الفئران المستهدفة بالجينات للتليف الكيسي". المراجعات الفسيولوجية . 79 (1): S193–S214. doi :10.1152/physrev.1999.79.1.S193. ISSN 0031-9333. PMID 9922382.

[12] Rogers, Christopher S.; Hao, Yanhong; Rokhlina, Tatiana; Samuel, Melissa; Stoltz, David A.; Li, Yuhong; Petroff, Elena; Vermeer, Daniel W.; Kabel, Amanda C. (2008-04-01). "إنتاج الخنازير غير المتجانسة CFTR-null وCFTR-DeltaF508 عن طريق استهداف الجينات بوساطة الفيروس المرتبط بالغدة ونقل نواة الخلية الجسدية". مجلة التحقيقات السريرية . 118 (4): 1571-1577. doi :10.1172/JCI34773. ISSN 0021-9738. PMC 2265103. PMID 18324337 .