چکیده
ویرایش ژنوم در حال حاضر یک روال معمول در بسیاری از آزمایشگاه های ژنتیک پستانداران است. سابقه به ظاهر کوتاه اما قوی دستورالعمل های ویرایش ژنوم نشان می دهد که چگونه یک تکنولوژی مخرب می تواند به طور جهانی در یک زمینه مورد استفاده قرار گیرد ، زمانی که دریافتند که این روش جدید می تواند ژنوم پستاندار را در مکان های خاص تغییر دهد،به نتایج کارآمد و قوی دست یافتند . این بررسی خلاصه ای از توسعه اولیه ویرایش ژنوم با استفاده از نوکلئاز ها ، از آزمایش های اولیه ای که از مگانوکلئاز های مخمر استفاده کردند ، تا آخرین نوکلئازهای پروکاریوتی که برای دستکاری ژنوم دقیق استفاده می شوند، ارائه می دهد . نوکلئازهای ویرایش ژن متعلق به یکی از سه دسته شناخته شده زیر هستند:
1. zinc-finger nucleases (ZFN) : نوکلئاز انگشت روی
2. (TALEN) transcription activator-like effector nucleases: افکتور نوکلئاز شبه فعال کننده رونویسی
3. clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) and their associated proteins (Cas) tools : تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای و پروتئین های مرتبط با آن
همه این سه روش بر اساس یک اصل عمل می کنند؛ همه آنها قادر به ایجاد یک شکست دو رشته (DSB) در توالی مشخصی از ژنوم هستند که سپس این شکست با مکانیسم های اندوژن ترمیم DNA اصلاح می شود. DSB ها می توانند از طریق اتصال انتهاهای غیر همولوگ (NHEJ) ترمیم شوند، و در نتیجه منجر به حذف و یا جایگزینی های کوچک (INDEL ها) در ژنوم می شود و از اینرو اغلب منجر به اختلال در ژن می شوند. به جای آن، DSB ها می توانند با استفاده از مکانیسم ترمیم بر اساس همولوژی (HDR)، در حضور توالی های DNA همولوگوس دهنده ، ترمیم شوند و منجر به رویدادهای ویرایش ژن شوند.
مقدمه
تبادل توالی ژنومی اندوژنیک برای مولکول های DNA اهداکننده خارجی با استفاده از نوترکیبی همولوگ (HR) فرایندی است که برای دهه ها شناخته شده است. مطالعات اولیه توسط مرحوم الیور اسمیتیس نشان داد که چگونه مولکولهای همولوگ DNA میتوانند دوباره با هم ترکیب شوند و به درستی در مکانهای کروموزومی تعریف شده در ژنوم پستانداران جایگزین شوند (Smithies et al.، 1984، 1985). این یافته ها برای پیش بینی و توسعه روش های هدف گیری ژن در سلول های بنیادی جنینی موش (ES) موثر بود و Smithies همراه با ماریو Capecchi و مارتین ایوانز به طور مشترک جایزه نوبل در فیزیولوژی و پزشکی در سال 2007 (مجله 2007) را به خاطر این کشف دریافت کردند. در این آزمایشات اولیه ، بازده حفظ یکپارچگی ژنی که هدف HR قرار می گیرد در رده های سلولی کشت داده شده، حتی در حضور انتخاب، نسبتا کم بود (در بهترین حالت 1 در 1000) (Smithies و همکاران 1985) .با این وجود، این روش حداقل 10 برابر کارآیی بیشتری نسبت به تلاش برای قرار دادن یک قطعه ژنتیکی DNA در محل کروموزوم مربوط به آن توسط HR با استفاده از میکرواینجکشن مستقیم پیش هسته ای تخمک های بارور شده موش دارد ؛ همانطور که با تلاش های رالف برینستر و همکاران نشان داده شد. (Brinster et al. 1989).
به سرعت واضح شد که باز کردن مولکول DNA اهدا کننده از طریق شکست دو رشته (DSB) در منطقه همولولوژی بطور قابل توجهی فرکانس HR درون ژن را افزایش می دهد (Kucherlapati و همکاران 1984؛ Smithies و همکاران 1985). زمانی که آلان برادلی افزایش بهره وری هدف گیری را با استفاده از وکتورهای insertion در مقابل replacement نشان داد؛ مشاهدات مشابهی چند سال بعد در سلول های موشی ES تأیید شد، (Hasty et al.، 1991). بنابراین، مزایای کارایی ادغام برای آنهایی که با القای DSB ها در الگوی DNA اهدا کننده به هم متصل می شوند، بیشتر است ، بنابراین در معرض قرارگیری توالی های همولوگ در پایان این مولکول های DNA، یک مفهوم کلی بود که به طور کامل نهادینه شده بود. مشاهدات نقش اساسی در تحولات بعدی ایفا می کند که منجر به اولین راهبردهای ویرایش ژنوم می شود.
-این مقاله در نشریه اسپرینگر منتشر شده و ترجمه آن با عنوان ویرایش ژنوم در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
