ביטוי גנים דיפרנציאלי. בסיס מולקולרי של ביולוגיה התפתחותית ביטוי גנים דיפרנציאלי ביטוי דיפרנציאלי

לרוב הגנים האוקריוטיים, בניגוד לגנים הפרוקריוטים, יש מבנה לא רציף. אזורי קידוד קצרים יחסית (אקסונים) מתחלפים עם אזורים שאינם מקודדים (אינטרונים). אלמנטים רגולטוריים של הגן - פרומטורים, הקובעים את דיוק ההתחלה והתעתוק, ממוקמים מול האקסון הראשון בקצה ה-5 אינץ' של גדיל ה-DNA ומיוצגים על ידי מספר אלמנטים (TATA, CCAAT boxes, GC motif).

ביטוי גנים מווסת גם על ידי מגברים (משפרים), מחלשים (משתיקים), וכן מבודדים (מגבילים את פעולת המשפרים) ואלמנטים תגובה המקיימים אינטראקציה עם גורמי שעתוק, קסנוביוטיקה, הורמונים סטרואידים וכו'. רצפים אלו מעורבים בקביעת תדירות התחלת התמלול.

השלב הראשון של מימוש מידע גנטי הוא שעתוק. גנים אוקריוטיים מתועתקים כמבשר, המורכב מאקסונים ואינטרונים (mRNA לא בשל). לאחר מכן האינטרונים נחתכים על ידי אנזימים מיוחדים, והאקסונים נתפרים ברצף, ויוצרים תמליל (mRNA בוגר) מוכן לתרגום. תהליך זה נקרא שחבור. אותו רצף DNA יכול לקודד מספר חלבונים שונים עקב מה שנקרא שחבור אלטרנטיבי (היווצרות של mRNAs שונים על ידי שינוי חילופי האקסונים מתעתיק RNA ראשוני אחד).

לאחר שעתוק או במקביל לו, ה-mRNA הבוסרי עובר שינוי נוסף. שארית גואנין מתיל במיקום ה-7 של טבעת הפורין מחוברת לקצה ה-5 אינץ' של הפרה-mRNA באמצעות אנזים (תהליך העתקה). מאמינים שהכובע (כובע) הכרחי להתמצאות והצמדה נכונה של ריבוזומים ל-mRNA לפני תחילת התרגום. K Z" הקצה - של הפרה-mRNA גם מחובר אנזימטית לרצף נוקלאוטידים קצר המורכב משאריות אדנין (פוליאדנילציה). מאמינים שרצף הפולי-A הכרחי להובלת mRNA על פני הממברנה הגרעינית לתוך הציטופלזמה.

על סמך התפקוד שהם מבצעים בתא, גנים אוקריוטיים מחולקים למספר קבוצות.

הקבוצה הראשונה מורכבת מגנים המתבטאים בכל סוגי התאים. תוצרי פעילותם הם חלבונים הנחוצים להבטחת הפעילות החיונית של כל תא בגוף (גנים ריבוזומיים של RNA, היסטונים וכו').

הקבוצה השנייה היא גנים ספציפיים לרקמות שמתפקדים רק בסוגים מסוימים של תאים או רקמות בשלבים מסוימים של אונטוגנזה (גנים של גלובולינים, אלבומין, α-פטופרוטאין, אימונוגלובולינים, חלבוני שריר, חלבונים מפרשים של בלוטות אנדוקריניות ועיכול ועוד רבים אחרים ).

הקבוצה השלישית מורכבת מגנים המקודדים לחלבונים שונים המעורבים בוויסות השעתוק (גורמי שעתוק). תוצרי החלבון של גנים אלה מקיימים אינטראקציה עם האזורים הרגולטוריים של הגנים, וגורמים לביטוי מוגבר או מדוכא.

הקבוצה הרביעית כוללת גנים שהביטוי שלהם מושרה על ידי גורמים חיצוניים, כולל קסנוביוטיקה.

אחת המשימות העיקריות של הפרמקוגנומיה היא חקר ביטוי גנים במחלות שונות והשפעות של תרופה מסוימת או תרכובת פעילה ביולוגית. זה יאפשר לקבוע את אפשרות ההסדרה המכוונת שלהם.

יישום מוצלח של פרמקוגנומיקה בפרמקולוגיה ניסיונית התאפשר הודות לפיתוח טכנולוגיות מתאימות, לרבות טכנולוגיות מידע (ביואינפורמטיקה). כולם הטמיעו ושילבו את הפרמקוגנטיקה לתחום מדעי רחב.

באופן כללי, כל שיטות ה-DGE מורכבות מפעולות רבות, חוזרות ונשנות. לעשות אותם ידנית זו לא משימה מעניינת. עם זאת, האיום אינו עבודתו המונוטונית של המפעיל, אלא בעיה גדולה בהרבה היא החזרה האינסופית של אותן פעולות, מה שעלול להוביל לאובדן דיוק. לכן, טכנולוגיות פרמקוגנומיות עומדות בפני משימה אחת - אוטומציה חלקית או מלאה של פעולות אנליטיות.

הבסיס של כל טכנולוגיה הוא שיטה שיש לה מאפיינים (פרמטרים) משלה בפרקטיקה האנליטית. עבור DGE הם חייבים לעמוד בדרישות הבאות:

רזולוציה קשורה לדיוק מסוים בקביעת גנים שכנים;

רגישות היא הגבול של רצפי דילול המאפשרים לתעד באופן מהימן סטטיסטית שינויים ב-DHE;

כיסוי הוא אחוז הגנים המובעים ממין בעל חיים ניסיוני נתון או רקמה נתונה שניתן לזהות באופן מהימן ולשכפל בניסוי;

נורמה חיובית כוזבת - מספר הגנים שסווג בטעות כבא לידי ביטוי;

הנורמה השלילית הכוזבת היא מספר הגנים המובעים, אך מסווגים כלא פעילים.

טכנולוגיות DGE כוללות שתי קבוצות של שיטות. אחד מהם הוא מה שנקרא סגור, והשני הוא מערכת אדריכלית פתוחה.

המערכת הארכיטקטונית הסגורה דורשת מידע על כל גן או שיבוט ומשתמשת במיקרו-מערכים כמנתח.

התיאוריה של יצירת שבבים מבוססת על הכלאה של אוליגונוקלאוטידים ברצף ידוע, משותק על משטח מוצק במיקומים מוגדרים בהחלט, עם דגימה מסומנת בדרכים שונות. היצירה של טכנולוגיה זו התאפשרה על ידי ההתקדמות האחרונה במדעי המחשב, כימיה של מוליכים למחצה, תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה, כמו גם שפע המידע שהצטבר במהלך שנות העבודה על תוכנית הגנום האנושי.

שבב DNA הוא צלחת מיניאטורית עם מיקרו-תאים. כל תא מיקרו מכיל אוליגונוקלאוטידים המסונתזים באופן מלאכותי התואמים לשברים של גנים מסוימים הפועלים כתבנית. בתאים אלו מתרחשת אינטראקציה משלימה בין המטריצה ​​לדגימה (cDNA של הדגימות הנבדקות). נכון לעכשיו, ישנם שני כיוונים ביצירת שבבי DNA. הם שונים באופן שבו הם מסנתזים ומיישמים אוליגונוקלאוטידים של תבנית.

הכיוון הראשון מבוסס על סינתזה ראשונית של אוליגונוקלאוטידים. אוליגונוקלאוטידים מסונתזים בצורה כימית או באמצעות PCR (אורך מ-500 עד 5000 בסיסים) ולאחר מכן מוחלים על משטח זכוכית שטופל במיוחד באמצעות רובוטים. סוגים אלה של שבבים נקראים cDNA microarrays. PCR מגביר את רצפי ה-cDNA של גנים מסוימים. לכן, סוג זה של שבב יקר, מכיוון שיש צורך ליצור ספריית cDNA משלך או לרכוש אותה ממרכזי מחקר גדולים.

התברר כי מיקרו-מערכי cDNA אינם מתאימים למחקרים של פולימורפיזם (שונות גנטית של לוקוס בודד באוכלוסייה מסוימת), ניתוח מוטציות ומחקר השוואתי של ביטוי של מספר רב של גנים, מאחר שצפיפות האוליגונוקלאוטידים בתבנית מוגבלת מאוד ( מספר התאים הוא = 1000 לכל שבב). בנוסף, השימוש בשברי DNA ארוכים (cDNA) מפחית את הספציפיות של הכלאה עם דגימת הבדיקה ומופיעים אותות חיוביים שגויים שאינם תואמים לביטוי גנים אמיתי.

למרות החסרונות הללו, היתרון העיקרי של מיקרו-מערכי cDNA הוא היכולת לשנות את ההרכב האיכותי והכמותי של שברי גנים.

כיוון מבטיח יותר ליצירת שבבים הוא השימוש בטכנולוגיות פוטוליטוגרפיות, המאפשרות לשלב בו זמנית מספר עצום של אוליגונוקלאוטידים מכל רצף ישירות על פני השבב. צפיפות המיקום של נוקלאוטידים המסונתזים בדרך זו יכולה להגיע למיליון לכל 1 סמ"ר. שבבים כאלה, המכונים שבבי DNA, מיוצרים על ידי Affymetrix Inc. מטריצת שבב ה-DNA היא רצף אוליגונוקלאוטידים קצר (20-25-mer), כאשר כל גן מתאים ל-15-20 אוליגונוקלאוטידים כאלה, מה שמגביר באופן משמעותי את הדיוק והשחזור של התוצאות. שבבי DNA מאפשרים להעריך בו זמנית את הביטוי של מספר כמעט בלתי מוגבל של גנים ולחקור פולימורפיזם, כולל תחליפי נוקלאוטיד בודדים (SNPs). במקרה זה, נוצרים אוליגונוקלאוטידים ספציפיים לכל רצף של גן מסוים, תוך התחשבות בכל האפשרויות האפשריות לסידור היחסי של נוקלאוטידים.

במהלך המחקר, השבב עובר הכלאה עם דגימה המסומנת בדרכים שונות. במחקרים השוואתיים, המדגם, ככלל, הוא cDNA המתקבל מדגימות הבקרה וההשוואה. הן מולקולות המסומנות רדיואקטיבית והן צבעי פלורסנט המחוברים ישירות לדגימות הנבדקות משמשות כתוויות. בעת ביצוע ניתוח השוואתי, בדרך כלל משתמשים בזיהוי דו-צבעי, שבו ה-cDNA הבקרה והניסיוני מסומנים בצבעים שונים. התוצאות מתועדות על ידי עוצמת אותות ההכלאה של אותם תאי שבב שבהם התרחשה ההכלאה, ולאחר מכן עיבוד ממוחשב של הנתונים.

מיוצרות גם גרסאות פשוטות של שבבים עם קבוצה קטנה של גנים (בתוך 1000-2000). רצפים קצרים של גנים ידועים מתועדים על קרום ניילון. הם כלאיים עם בדיקה מסומנת רדיואקטיבית. הכלאה מזוהה על ידי אוטורדיוגרפיה.

יש לציין שעבודה עם שבבים דורשת ציוד מיוחד ויקר להכלאה. צפוי כי בשנים הקרובות יופחתו מחירי סטים של ציוד לייצור שבבים ועבודה איתם עקב רוויה בשוק.

הפיתוח והיישום של טכנולוגיות חדשות במדע ובפרקטיקה הם לעתים קרובות כוח מניע בפיתוח ענפי ידע ביו-רפואיים, כפי שהיה, למשל, המקרה עם התפתחות טכנולוגיית PCR בעבר הקרוב. התפתחות הביולוגיה המולקולרית היום חייבת הרבה ל-PCR ועכשיו למיקרו-מערכים. הכנסת טכנולוגיית המיקרו-שבבים חשובה גם לפרמקולוגיה. הפיתוח של תרופות חדשות כבר מתחיל להתבסס על מידע על התפקיד התפקודי של גנים מסוימים בהתפתחות הפתולוגיה. לכן, ניתן להפחית את זמן הפיתוח מ-10-15 ל-5-8 שנים מאת הרמר הילרי

תפקידו של כלבת ההרבעה בתהליך ההזדווגות ברגע שהכלבה מגורה מספיק על ידי הכלבה ורוצה להזדווג אותה, הוא מטפס עליה ותופס אותה בחוזקה ברגליו הקדמיות, קצה הפין יוצא מהקדם ו , לאחר סדרה של ניסיונות חזקים, חודר

מתוך הספר שירות כלב [מדריך להכשרת מומחים לגידול כלבי שירות] מְחַבֵּר קרושינסקי ליאוניד ויקטורוביץ'

5. התיאוריה של התפתחות שלב ומאפייני התפתחות בעלי חיים הבסיס לניהול התפתחות של אורגניזמים הוא תיאוריית התפתחות שלב, אשר נוסחה על ידי האקדמיה T. D. Lysenko, בהתבסס על עבודתו של I. V. Michurin ומחקרים רבים משלו.

מתוך הספר ביולוגיה [ספר עיון מלא להכנה לבחינת המדינה המאוחדת] מְחַבֵּר לרנר גאורגי איזקוביץ'

מתוך הספר יסודות הפסיכופיזיולוגיה מְחַבֵּר אלכסנדרוב יורי

רגישות חושית דיפרנציאלית רגישות חושית דיפרנציאלית מבוססת על היכולת של מערכת החישה להבחין בין אותות. מאפיין חשוב של כל מערכת חושים הוא היכולת להבחין בהבדלים במאפיינים בו זמנית או

מתוך הספר עוברים, גנים ואבולוציה מאת ראף רודולף א

2.12. רגישות דיפרנציאלית של הראייה אם תאורה נוספת dI נופלת על משטח מואר עם בהירות I, אזי, לפי חוק ובר, אדם יבחין בהבדל בתאורה רק אם dI/I = K, כאשר K הוא קבוע השווה ל-0.01–0.015 . הכמות dI/I נקראת

מתוך הספר אקווריום בבית הספר מְחַבֵּר מכלין מרק דוידוביץ'

פרק 17 פסיכופיזיולוגיה דיפרנציאלית

מתוך הספר בעיות של צום טיפולי. מחקרים קליניים וניסויים [כל ארבעת החלקים!] מְחַבֵּר אנוכין פטר קוזמיץ'

מוות של תאים במהלך התפתחות תקינה ניוון של תעלות וולף במהלך התפתחות אצל נקבות ותעלות מולריאניות אצל זכרים הן דוגמאות למבנים שמתפתחים תחילה ולאחר מכן עוברים נמק. תהליכים אלו

מתוך ספרו של המחבר

גנים הפועלים בשלבי התפתחות מאוחרים יותר ובמהלך הגדילה ברור שמוטציות בגנים הקובעות באופן ישיר מסלולים מורפוגנטיים, במיוחד אלו גנים הפועלים בשלבים מוקדמים, עלולות לגרום לשינויים דרמטיים ביותר.

מתוך ספרו של המחבר

פרק 10 התאמות של ביטוי גנים במהלך ההתפתחות החיים הם כוח שעושה אינספור ניסויים, מנסה לארגן את עצמו... ממותה ואדם, עכבר ומגהתריום, זבובים ואבות כנסייה - כל אלה הם תוצאות של ניסיונות מוצלחים יותר או פחות.

מתוך ספרו של המחבר

כמה גנים דרושים להתפתחות? למרבה המזל, ישנן שיטות המאפשרות לנו להעריך את כמות המידע הגנטי הזמין באורגניזמים גבוהים יותר. אחת השיטות העדינות ביותר היא הגנטיקה המנדלית הקלאסית. הקושי העיקרי הקשור בכך

מתוך ספרו של המחבר

חשיבותו של אקווריום בתהליך החינוכי אקווריומים תמיד מושכים ילדים בגילאים שונים, גורמים להם להפתעה ומעוררים סקרנות. אבל במסגרת בית ספרית, כשהמשימה היא להשתמש באקווריום בבוטניקה, זואולוגיה ושיעורים כלליים; ביולוגיה, שלו

מתוך ספרו של המחבר

מצב החולים במהלך הטיפול בהתבסס על תצפיות קליניות ומחקרי מעבדה, ניתן היה לציין 6 שלבים בדינמיקה של מצבם הקליני של החולים במהלך הטיפול, מתוכם 3 שייכים לתקופת הצום ו-3 לתקופת ההחלמה.