Cinko pirštų nukleazės

Cinko pirštų nukleazės (arba ZFN) yra įrankis, naudojamas genams nukreipti ir DNR pakeisti. Tai vienas iš trijų genomo keitimo būdų, naudojant inžinerines nukleazes.

Juos sudaro dvi dalys. Cinko pirštai yra žmogaus sukurtos molekulės, sudarytos iš baltymo ir cinko. Kiekviena jų prisijungia prie tam tikros DNR. Cinko pirštų nukleazės (ZFN) yra fermentai, gauti sujungus cinko pirštą su DNR skaldymo fermentu, vadinamu Fokliu. Taigi ZFN prisijungia prie tam tikros DNR sekos, tada nukerpa ją dviejose vietose. Įprasti ląstelių fermentai sujungia galus, atmetus nukirptą dalį (DNR taisymas).

Kiekvienas ZFN skirtas naudoti vienam genui, kuris vadinamas "tiksliniu genu" arba "tiksliniu DNR". Jie gali būti sukurti taip, kad veiktų konkrečiose genų dalyse ir sukurtų norimą pokytį. Du DNR pokyčių tipai yra mutacijos, pavyzdžiui, išbraukimai ir įterpimai. Genetiniuose tyrimuose tiriami mutavę gyvūnų tiriamieji, siekiant išsiaiškinti, ką veikia konkretus genas.

Cinko piršto molekulės trimatis vaizdas. Cinko pirštai pažymėti mėlynai, o cinko jonas - žaliai.

Cinko piršto struktūra

"Cinko pirštas" yra daugelio baltymų struktūrų pavadinimas. Cinko atomas suriša baltymus ir padaro juos stabilesnius. ZFN jungiasi prie DNR bazių porų. Vienas cinko pirštas pats gali surišti apie 3 bazių poras.

ZFN funkcija

Cinko pirštų nukleazės turi 3-6 cinko pirštus. ZFN turi du svarbius domenus: DNR jungiantį domeną ir DNR skaidymo domeną. DNR skaidymo domenas naudoja fermentą, vadinamą Fokl, kuris nutraukia DNR.

ZFN gali keisti tik tas DNR sekas, kurioms yra sukurti. DNR jungiantis domenas prisijungia prie konkrečios DNR sekos. Du ZFN, skirti tai pačiai DNR sekai, turi pakeisti vieną geną. DNR jungiantys domenai jungiasi prie abiejų DNR dvigubos spiralės grandinių. DNR skaidantys domenai nutraukia DNR grandinę ir iškerpa geno bazių poras. Ląstelės pačios sutvarko nutrūkusias DNR grandines, naudodamos DNR remontą. Delecijos mutacijos atsiranda dėl trūkstamų bazių porų po DNR taisymo.

Taip pat galima nurodyti tikslinės geno sekos ilgį. Naudojant 3 cinko pirštus galima pakeisti mažiausiai 9 bazių poras. Tai naudinga šalinant ir įterpiant labai trumpas DNR sekas ir nustatant jų poveikį tiksliniam genui. Taip pat galima keisti dideles sekas naudojant daugiau nei vieną ZFN.

ZFN naudojimas

Daugelyje genetikos tyrimų ZFN buvo naudojami genų funkcijoms nustatyti. ZFN galima naudoti bet kurios rūšies DNR pakeisti. Dar viena ZFN savybė yra ta, kad juos galima naudoti in vivo (gyvuose organizmuose). Šiuo metu jie naudojami modeliniams organizmams: augalams, vabzdžiams ir žuvims.

Organizmų, dalyvaujančių ZFN genų keitimo tyrimuose, sąrašas:

Arabidopsis
Galvijai
C. elegans
Kukurūzai
Drosophila melanogaster
Varlės
Pelės
Kiaulės
Triušiai
Žiurkės
Jūros ežiai
Šilkverpiai
Sojos pupelės
Tabakas
Zebrafish

Problemos naudojant ZFN

Didžiausia problema, susijusi su ZFN, yra atsitiktinai pakeisti ne tik tikslinį geną, bet ir kitus genus. ZFN turi būti sukurtas taip, kad rastų tinkamas bazių poras tiksliniame gene. Šios bazių poros parenkamos taip, kad jas turėtų tik tikslinis genas. DNR skilimo domenai veikia bet kokią DNR seką, todėl prisijungus prie netinkamos geno sekos, vietoj jos bus pakeistas genas. ZFN, kurie išmuša daugiau nei vieno geno bazių poras, nelaikomi tiksliais.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra cinko pirštų nukleazės arba ZFN?

A: Cinko pirštų nukleazės arba ZFN yra priemonė, naudojama genams nukreipti ir DNR pakeisti.

K: Kokie yra trys genomo keitimo būdai naudojant inžinerines nukleazes?

A: Cinko piršto nukleazės arba ZFN, transkripcijos aktyvatoriaus ir panašaus efekto nukleazės (TALEN) ir klasterizuoti taisyklingai išsidėstę trumpi palindrominiai pasikartojimai (CRISPR) - tai trys genomo keitimo būdai naudojant inžinerines nukleazes.

K: Kas yra cinko pirštai?

A.: Cinko pirštai yra žmogaus sukurtos molekulės, sudarytos iš baltymo ir cinko, kurios prisijungia prie konkrečios DNR.

K: Kas yra cinko pirštų nukleazės (ZFN)?

A: Cinko pirštų nukleazės (ZFN) yra fermentai, kurie atsiranda sujungus cinko pirštą su DNR skaldymo fermentu, vadinamu Fokliu.

K: Kas atsitinka, kai ZFN prisijungia prie tam tikros DNR sekos?

A: Kai ZFN prisijungia prie konkrečios DNR sekos, jis ją nukerpa dviejose vietose.

K: Ką daro įprasti ląstelių fermentai, kai DNR yra nukirpta?

A: Įprasti ląstelių fermentai sujungia galus, atmetus nukirptą dalį (DNR taisymas).

K: Kokius du DNR pokyčius gali atlikti cinko pirštų nukleazės arba ZFN?

A: Cinko pirštų nukleazės arba ZFN gali atlikti dviejų tipų DNR pokyčius: mutacijas, pavyzdžiui, išbraukimus ir įterpimus.