معلومة

إدخال جينات جديدة إلى كائن بالغ متعدد الخلايا؟

إدخال جينات جديدة إلى كائن بالغ متعدد الخلايا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل من الممكن إدخال جين جديد في جينوم كل خلية (أو على الأقل معظم الخلايا) لكائن بالغ متعدد الخلايا؟ كيف يتم القيام بعمل هذا؟

شكرا،

CDB


إجابة مختصرة ، من الناحية النظرية نعم ، في الواقع ، في الوضع الحالي للفن ، لا.

أعتقد أنك تتحدث عن الكائنات الحية الأعلى (مثل الفئران أو البشر) ، إذا كنت تشير إلى كائنات صغيرة متعددة الخلايا غير معقدة ، فإن الإجابة هي نعم بقدر ما يمكنك نقل كل الخلايا بالنظام الموصوف فيما بعد.

الأسلوب الواعد هو استخدام نظام CRISPR / Cas9 الذي تم استخدامه بالفعل لإنشاء جميع أنواع الكائنات الحية المعدلة ولكن بدءًا من الجنين. هنا مرجع جيد للطبيعة http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n4/full/nbt.2842.html.

لا توجد طرق ، في الوقت الحالي ، لنقل عدوى كائن حي بأكمله بالنظام الكامل. كانت آخر المحاولات التي سمعتها هي استهداف خلايا معينة باستخدام تقنيات التغليف التي تندمج فقط مع غشاء خلايا معينة وبالتالي توصيل نظام CRISPR / Cas9 بطريقة مستهدفة. كان هذا في محاولة لضرب مناطق جينومية محددة في تلك الخلايا المحددة ، وليس لإدخال جين جديد.

أعتقد في المستقبل القريب أن هذا سيكون ممكنًا. ليس بالضرورة كل خلايا الكائن الحي ولكن على الأقل بعض أنواع الخلايا المحددة.


الجلسة 6: من بدائيات النوى إلى الكائنات متعددة الخلايا

بمجرد ظهور الحياة بدائية النواة على الأرض ، كيف تطورت إلى كائنات حقيقية النواة أكبر وأكثر تعقيدًا؟ يساعدنا ثلاثة علماء في فهم كيفية حدوث ذلك. تتكهن الدكتورة جولي ثيريوت بالدور المهم الذي قد تلعبه البروتينات المرتبطة بالهيكل الخلوي في هذا الانتقال (وتتحداك لإثبات أن تكهناتها خاطئة!). يشرح الدكتور ميلر كيف أصبحت الكائنات الحية المتعايشة مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء هي العضيات القوية في حقيقيات النوى. وتتناول الدكتورة نيكول كينج السؤال الرائع حول كيفية تطور الحيوانات متعددة الخلايا الأولى من أسلافنا وحيدة الخلية.


الانقسام الاختزالي & # 8211 التكاثر الجنسي

القدرة على الإنجاب عينيًا هي صفة أساسية لجميع الكائنات الحية. عينيًا يعني أن نسل أي كائن حي يشبه إلى حد كبير والديه أو والديه. تلد أفراس النهر عجول فرس النهر تنتج أشجار الصنوبر في مونتيري البذور التي تظهر منها شتلات الصنوبر في مونتيري وتضع طيور النحام البالغة البيض الذي يفقس في فراخ طائر الفلامنغو. عينيًا لا يعني بشكل عام بالضبط نفس الشيء. في حين أن العديد من الكائنات وحيدة الخلية وعدد قليل من الكائنات متعددة الخلايا يمكنها إنتاج نسخ متطابقة وراثيًا من نفسها من خلال انقسام الخلايا الانقسامية ، فإن العديد من الكائنات وحيدة الخلية ومعظم الكائنات متعددة الخلايا تتكاثر بانتظام باستخدام طريقة أخرى.

الشكل 1: كل واحد منا ، مثل هذه الكائنات الحية الكبيرة الأخرى متعددة الخلايا ، يبدأ حياته كبويضة مخصبة. بعد تريليونات من الانقسامات الخلوية ، يتطور كل منا إلى كائن حي معقد متعدد الخلايا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل فرانك ووترز ب: تعديل العمل بواسطة كين كول ، USGS Credit c: تعديل العمل بواسطة Martin Pettitt)

التكاثر الجنسي هو إنتاج الوالدين لخلايا جنسية واندماج خليتين جنسيتين لتشكيل خلية واحدة فريدة. في الكائنات متعددة الخلايا ، ستخضع هذه الخلية الجديدة بعد ذلك لانقسامات الخلايا الانقسامية لتتطور إلى كائن حي بالغ. نوع من انقسام الخلايا يسمى الانقسام الاختزالي يؤدي إلى الخلايا التي هي جزء من الدورة التناسلية الجنسية. يقدم التكاثر الجنسي ، وخاصة الانقسام الاختزالي والتخصيب ، تنوعًا في النسل قد يفسر النجاح التطوري للتكاثر الجنسي. الغالبية العظمى من الكائنات حقيقية النواة يمكنها أو يجب أن تستخدم شكلاً من أشكال الانقسام الاختزالي والتخصيب للتكاثر.

كان التكاثر الجنسي ابتكارًا تطوريًا مبكرًا بعد ظهور الخلايا حقيقية النواة. حقيقة أن معظم حقيقيات النوى تتكاثر جنسياً هي دليل على نجاحها التطوري. في كثير من الحيوانات ، هو الأسلوب الوحيد للتكاثر. ومع ذلك ، يدرك العلماء بعض العيوب الحقيقية للتكاثر الجنسي. ظاهريًا ، قد يبدو النسل المطابق وراثيًا للأب أكثر فائدة. إذا كان الكائن الأصلي يحتل بنجاح موطنًا ، فإن النسل الذي له نفس السمات سيكون ناجحًا بالمثل. هناك أيضًا فائدة واضحة للكائن الحي الذي يمكن أن ينتج ذرية التكاثر اللاجنسي، التبرعم أو التفتيت أو الإنتاج اللاجنسي للبيض. لا تتطلب طرق التكاثر هذه كائنًا آخر من الجنس الآخر. ليست هناك حاجة لإنفاق الطاقة في العثور على رفيقة أو جذبها. يمكن إنفاق هذه الطاقة على إنتاج المزيد من النسل. في الواقع ، احتفظت بعض الكائنات الحية التي تعيش أسلوب حياة انفرادي بالقدرة على التكاثر اللاجنسي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن السكان اللاجنسيين لديهم أفراد إناث فقط ، لذلك كل فرد قادر على التكاثر. في المقابل ، لا ينتج الذكور في المجتمع الجنسي (نصف السكان) ذرية بأنفسهم. لهذا السبب ، يمكن أن ينمو عدد السكان اللاجنسيين أسرع مرتين من عدد السكان الجنسيين من الناحية النظرية. هذا يعني أنه في المنافسة ، سيكون لدى السكان اللاجنسيين الأفضلية. كل هذه المزايا للتكاثر اللاجنسي ، والتي تعتبر أيضًا من عيوب التكاثر الجنسي ، يجب أن تعني أن عدد الأنواع ذات التكاثر اللاجنسي يجب أن يكون أكثر شيوعًا.

ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية متعددة الخلايا التي تعتمد حصريًا على التكاثر اللاجنسي نادرة للغاية. لماذا التكاثر الجنسي شائع جدا؟ هذا هو أحد الأسئلة المهمة في علم الأحياء وكان محور الكثير من الأبحاث من النصف الأخير من القرن العشرين حتى الآن. التفسير المحتمل هو أن الاختلاف الذي يحدثه التكاثر الجنسي بين النسل مهم جدًا لبقاء هؤلاء النسل وتكاثرهم. المصدر الوحيد للاختلاف في الكائنات اللاجنسية هو الطفرة. هذا هو المصدر النهائي للاختلاف في الكائنات الحية الجنسية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إعادة خلط هذه الطفرات المختلفة باستمرار من جيل إلى آخر عندما يجمع الآباء المختلفون جينوماتهم الفريدة ، ويتم خلط الجينات في مجموعات مختلفة من خلال عملية الانقسام الاختزالي. الانقسام الاختزالي هو تقسيم محتويات النواة الذي يقسم الكروموسومات بين الأمشاج. يتم إدخال الاختلاف أثناء الانقسام الاختزالي ، وكذلك عندما تتحد الأمشاج في الإخصاب.


أحادي الخلية إلى متعدد الخلايا: ماذا يمكن للطحالب الخضراء فولفوكس أخبرنا عن تطور تعدد الخلايا والتمايز الخلوي؟

على الرغم من أن قطرها 2 مم ولديها نوعان فقط من الخلايا ، الطحالب الخضراء فولفوكس لقد أبهر علماء الأحياء لأكثر من 300 عام وهم كائن حي نموذجي للبحوث التنموية والفسيولوجية والتطورية. نُشرت اليوم في علم الأحياء BMC بحث جديد يحلل نسخة كاملة من فولفوكس كارتري بواسطة تسلسل الحمض النووي الريبي. هنا ، يشرح المؤلف الرئيسي للدراسة ، أرمين هولمان ، كيف يؤثر ذلك على فهمنا للتطور من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا.

في الكائنات أحادية الخلية ، يجب أن تقوم خلية واحدة واحدة بتنفيذ جميع مهام البقاء والتكاثر لأن خلية واحدة فقط تشكل الكائن الحي بأكمله. كان أحد أعظم الإنجازات في تطور أشكال الحياة المعقدة هو الانتقال من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا ذات أنواع الخلايا المختلفة.

نظرًا لأن الخطوة من الحياة أحادية الخلية إلى الحياة متعددة الخلايا قد تم اتخاذها مبكرًا وبشكل متكرر ، يبدو أن الميزة الانتقائية لتعدد الخلايا كبيرة جدًا. في الكائنات متعددة الخلايا مثل البشر ، يشكل عدد كبير من الخلايا مجتمعًا خلويًا متعاونًا مع أنواع خلايا متخصصة وتقسيم العمل بين الخلايا المختلفة. إن معرفة كيف يمكن أن تتطور الكائنات أحادية الخلية إلى كائنات متعددة الخلايا على مدار التطور هو قضية مركزية في البحث البيولوجي.

الطحلب الأخضر فولفوكس

يبدو الوضع مختلفًا بالنسبة للطحالب الخضراء volvocine ، مثل فولفوكس كارتري، حيث تعد تعددية الخلايا ابتكارًا حديثًا نسبيًا.

ما هو الشيء المثير للاهتمام حول الطحالب الخضراء الكروية الصغيرة فولفوكس كارتري في هذا السياق؟ على الرغم من أن تعددية الخلايا المعقدة قد تطورت عدة مرات في حقيقيات النوى ، إلا أنه في معظم الأنساب ، من الصعب للغاية التحقق من خلفيتها الجزيئية لأن الانتقال حدث بعيدًا جدًا في الماضي ، بالإضافة إلى أن هذه السلالات طورت عددًا كبيرًا من أنواع الخلايا.

ومع ذلك ، يبدو الوضع مختلفًا بالنسبة للطحالب الخضراء volvocine ، مثل فولفوكس كارتري، حيث تعد تعددية الخلايا ابتكارًا حديثًا نسبيًا. من حيث التركيب الخلوي ، V. كارتيري هي بسيطة بقدر ما يمكن أن يكون الكائن متعدد الخلايا ، ومع ذلك فهي تشترك في العديد من الميزات التي تميز دورات الحياة والتاريخ التطوري لكائنات أكثر تعقيدًا وأعلى بكثير.

V. كارتيري يحتوي فقط على نوعين من الخلايا: 2000-4000 خلية جسدية صغيرة ، متمايزة نهائياً ، ثنائية العقيق بالقرب من سطح الكرة الكروية ، وحوالي 16 خلية إنجابية كبيرة وخالدة محتملة داخل طبقة الخلية الجسدية. يتكون أكثر من 95٪ من حجم مثل هذا الشكل الكروى من مصفوفة خارج الخلية معقدة ولكنها شفافة.

في الطبيعة، فولفوكس يعيش في برك المياه العذبة والبرك والخنادق. بقطر يصل إلى 2 مم ، يمكنك التعرف على الطحالب بالعين المجردة. بالمناسبة ، الاسم فولفوكس يأتي من الكلمة اللاتينية فولفير، للفة ، و -ثور، مثل أتروكس، يعني "شرسة". وبالتالي ، باختصار ، إنها "الأسطوانة الشرسة".

فولفوكس وأقاربها

منذ اكتشافه قبل ما يزيد قليلاً عن 300 عام بواسطة أنتوني فان ليوينهوك ، فولفوكس لم يسحر علماء الأحياء فحسب ، بل أصبح أيضًا منذ فترة طويلة كائنًا نموذجيًا للبحوث التنموية والفسيولوجية والتطورية.

كما أن وضعها الحالي مدعوم بحقيقة أن فولفوكس له أقارب مثيرون للاهتمام داخل سلالة volvocine. يمكن ترتيب العديد من الأجناس من هذا النسب في سلسلة مفاهيمية وفقًا لزيادة التعقيد التنموي من الخلية أحادية الخلية كلاميدوموناس، للكائنات الاستعمارية دون تقسيم للعمل ، مثل Gonium, باندورينا, ياماغيشييلا و يودورينا، للكائنات متعددة الخلايا مع تقسيم جزئي أو كامل من عمل الجراثيم سوما ، مثل بليودورينا و فولفوكس، على التوالى.

في هذه السلسلة هناك زيادات تدريجية في عدد الخلايا ، قطبية الكائن ، حجم المصفوفة خارج الخلية لكل خلية ، حجم الكائنات البالغة ، والميل إلى إنتاج خلايا جسدية معقمة ومتباينة نهائيًا. يعتبر تطور التعددية الخلوية أيضًا مرتبطًا بالانتقال التدريجي من isogamy إلى anisogamy / oogamy (التكاثر الجنسي من خلال اندماج الأمشاج ذات الحجم المماثل مقابل اندماج الأمشاج ذات الحجم المختلف).

وهكذا ، فإن فولفوسين الطحالب الخضراء وخاصة V. كارتيري توفر فرصة فريدة لدراسة تعدد الخلايا والتمايز الخلوي على المستوى الجزيئي واكتشاف القواعد العالمية التي تميز الانتقال إلى تعدد الخلايا المتمايزة.

تسلسل الجينوم النووي ومقارنة السمات الجينومية لـ V. كارتيري واثنين من أقاربه ، كلاميدوموناس و Gonium، كشف أن كمية منخفضة بشكل مدهش من الابتكار الجينومي تبدو مطلوبة للانتقال التطوري من الطحالب أحادية الخلية إلى الطحالب متعددة الخلايا المعقدة.

التحليلات الجزيئية واسعة النطاق في فولفوكس

جينوم V. كارتيري تبين أن لديها حوالي أربعة عشر ألف جين. يحدد التعبير عن هذه الجينات كيفية عمل خلاياه ، ومن بين مهام أخرى قليلة ، فإنه ينظم تمايز الخلايا وفصل الجراثيم والسوما. يمكن تحديد التعبير الجيني بشكل تجريبي عن طريق قياس كمية نسخ جين معين. إذا تم إجراء هذا ليس فقط لجين واحد ولكن لجميع الجينات في وقت واحد ، فهو تحليل ترنسكريبتوم.

في دراسة حديثة نُشرت في BMC Biology ، حللت أنا وزملائي نسخة كاملة من V. كارتيري عن طريق تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA-Seq). سمح لنا هذا بقياس مدى قوة التعبير عن كل جين أو ما إذا كان قد تم إيقاف تشغيله. لأننا فصلنا أنواع الخلايا من فولفوكس قبل إجراء التحليل ، تمكنا أيضًا من مقارنة تعبير جميع الجينات بين نوعي الخلايا ، أي الخلايا الجسدية والخلايا الإنجابية.

تُظهر نتائجنا تقسيمًا واسعًا بشكل مدهش للنسخة بين أنواع الخلايا: يُظهر أكثر من نصف جميع الجينات اختلافًا واضحًا في التعبير بين الخلايا الجسدية والتناسلية. تشير هذه الدرجة العالية من التعبير التفاضلي إلى تمايز قوي بين أنواع الخلايا على الرغم من حقيقة ذلك V. كارتيري تباعدت مؤخرًا نسبيًا عن أقاربها وحيدة الخلية. أتاح تحليل التعبير الجيني الخاص بنوع الخلية أيضًا إمكانية تقديم معلومات جديدة حول نمط التعبير الذي تم فحصه مسبقًا فولفوكس الجينات (ما يقرب من أربعمائة جين في العدد).

تحليل الكل فولفوكس تعد نسخة أنواع الخلايا المنفصلة خطوة رئيسية نحو فهم الجزيئي & # 8220toolbox & # 8221 الكامن وراء التطور من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا. على المدى الطويل ، يجب أن تقودنا دراسة العمليات الجزيئية في الكائنات الحية البسيطة إلى فهم أفضل للتاريخ التطوري والوظائف الرئيسية لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا.


مناقشة

حتى الآن ، هناك القليل من الأدبيات المنهجية حول درجة الاتصال بين الخلايا بين أنواع الخلايا البشرية. أكثر المجموعات شمولاً من الروابط والمستقبلات المشتقة من الأدب هي DLRP 27 و HPMR 29 ، ومع ذلك ، لا يعالج أي منهما شبكة الإشارات المعقدة بين أنواع الخلايا العادية. لقد قمنا بتجميع وتوسيع مجموعة 1179 زوجًا معروفًا من ligand- مستقبلات إلى 1،894 زوجًا أساسيًا مدعومًا بالأدب و 528 زوجًا افتراضيًا (يتفاعل PM والبروتينات المُفرزة). باستخدام أزواج مستقبلات ligand-receptor ومورد FANTOM5 الفريد ، الذي يوفر مستويات التعبير عن هذه الجينات في أنواع الخلايا الأولية البشرية الرئيسية ، قمنا ببناء وتحليل أول خريطة واسعة النطاق للاتصال من خلية إلى خلية وكشفنا على نطاق واسع داخل الخلايا. والتشوير بين النسب.

استنادًا إلى ملفات تعريف التعبير للبروتينات المصنفة في فئات توطين خلوية مختلفة ، وجدنا ، كما هو متوقع ، أن البروتينات المفرزة والبروتينات PM تحتوي على ملفات تعريف تعبير خاصة بنوع الخلية. باستخدام تقديرات جينية مختلفة لهذه البروتينات ، لاحظنا أن البروتينات الأصغر سنًا تكون أيضًا على الأرجح بروتينات PM أو بروتينات مُفرزة ، بينما من المرجح أن تكون البروتينات الأقدم نوويًا أو حشويًا. بشكل عام ، يشير هذا إلى أنه مع استمرار metazoans في تطوير أنواع خلايا جديدة ، كانت هناك حاجة لبروتينات PM جديدة خاصة بنوع الخلية لتمييز هذه الأنواع الجديدة من الخلايا على وجه التحديد ، وأن البروتينات المفرزة الجديدة كانت مطلوبة للإبلاغ عن حالة نوع الخلية الجديد إلى الخلايا الأخرى ، هذه هي السمات الرئيسية المطلوبة لاتصالات محددة من خلية إلى خلية. عند فحص المظهر التطوري للأزواج الترابطية والمستقبلات المتفاعلة مع طريقة Wagner 21 ، نلاحظ ظهور موجة من المستقبلات والروابط الجديدة بعد Opisthokonta في Bilateria و Euteleostomi ، ومع ذلك ، فإننا نلاحظ أيضًا باستمرار ، باستخدام طرق تقدير الجينات المختلفة ، تحيزًا عامًا بالنسبة للمستقبلات التي تظهر قبل روابطها المتشابهة. يبدو أن هذا يتناسب مع أحد النماذج الخاصة بتكوين زوج اللجند والمستقبلات التي اقترحها بن شلومو. وآخرون. 29 ، حيث تعتمد بروتينات PM الموجودة (المستقبلات المسبقة) الروابط التي تعدل نشاطها.

لإفادة مجتمع البحث ، أنشأنا أداة ويب (http://fantom.gsc.riken.jp/5/suppl/Ramilowski_et_al_2015/vis) تتيح للمستخدمين العثور على ما يلي: (1) أكثر المستقبلات تعبيرًا و الروابط لأي نوع من الخلايا ذات الاهتمام (2) مسارات الإشارة الأكثر تحديدًا بين أي نوعين من الخلايا و (3) جميع الخلايا التي تستخدم مجموعة محددة من أزواج مستقبلات الترابط (الملاحظة التكميلية 1). بالنسبة للأزواج المعروفة ، نقدم روابط إلى الأدبيات الأولية عبر PubMed ، ولكننا نسمح أيضًا للمستخدم بفحص الأزواج الجديدة المفترضة التي حددتها دراستنا. نشك في أن العديد من هذه الأزواج المفترضة أصلية بناءً على تفاعلات معروفة من نظرائهم (على سبيل المثال ، من المعروف أن ENG مرتبطة بـ INHBA ، لكننا نتوقع أيضًا ارتباطًا بـ INHBE paralogue بالمثل المعروف أن CCR9 يرتبط بـ CCL25 ولكننا نتوقع ذلك كما يربط CCL13) 41،42. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجينات في بعض هذه الأزواج المفترضة متورطة في المرض ، على سبيل المثال ، يُتوقع أن يكون APOE رابطًا لـ CHRNA4 وقد أظهرت العديد من الأوراق وجود تفاعل جيني بين هذه الجينات التي تؤثر على التدهور المعرفي المرتبط بالعمر 43 والمادة البيضاء حجم 44 بالمثل من المتوقع أن BDNF هو يجند جديد لـ DRD4 وقد تم العثور على تفاعل وراثي بين هذين الجينين مرتبطًا بالنهام العصبي 45.

يبدو أن شبكة الاتصالات بين الخلايا معقدة بشكل لا يصدق مع وجود العديد من المسارات بين نفس الخليتين على مستويات مختلفة من التعبير والنوعية. على عكس شبكة تنظيم النسخ ، والتي يتم تبسيطها بشكل عام إلى مجموعة من الجينات كعقد وربط عامل النسخ كحواف تنظيمية ، تتكون الشبكة من خلية إلى خلية من خلايا كعقد وبين أي خليتين يمكن أن يكون هناك مئات الرسائل المحتملة التي تم تمريرها بينهم. بالإضافة إلى ذلك ، ليس من السهل نمذجة الاستجابة الفسيولوجية للعقدة (الخلية) بدون بيانات كيميائية حيوية واسعة النطاق. هنا ، بالتركيز فقط على أزواج الإشارات الرئيسية (زوج الخلايا الذي يعبر عن أعلى مستوى من الترابط وأعلى مستوى من المستقبلات لكل زوج متفاعل) واستخلاص الشبكة بشكل أكبر ، وتجميع الخلايا في سلالات (الشكل 5). تحيز كبير للتواصل داخل النسب. على وجه الخصوص بالنسبة للدم ، تم استهداف أكثر من نصف الروابط لخلايا الدم الأخرى. أظهر تحليل التخصيب GO على أزواج الجينات المستخدمة في التواصل ، داخل أو بين السلالات ، أن الجينات المشاركة في إشارات النسب داخل المكونة للدم تم إثرائها للاستجابة المناعية وجينات الالتهاب ، في حين أن الجينات المشاركة في إشارات النسب داخل البطانية كانت متورطة في تكوين الأوعية. تم إثراء إشارات الأنساب اللحمية المتوسطة والظهارية إلى الخلايا المكونة للدم من أجل الانجذاب الكيميائي وشروط الاستجابة الدفاعية ، على التوالي.

عند فحص الحواف الفردية بمزيد من التفصيل ، وجدنا أمثلة على نظائر خاصة بالنسب تُستخدم للتواصل مع عائلات مستقبلات الترابط التي غالبًا ما يُعتقد أنها مقيدة بسلالة أخرى. على سبيل المثال ، يُنظر إلى الكيموكينات ومستقبلاتها عمومًا على أنها مكونة للدم ، ومع ذلك ، نجد أن الكيماويات التي يتم التعبير عنها بشكل كبير في الأنساب اللحمية والظهارية والبطانية ويبدو أنها تستخدم للتواصل مع الأنساب المكونة للدم. بالإشارة من الخلايا الوسيطة إلى الخلايا المكونة للدم ، نجد chemokines CCL11 و CXCL12.يتم التعبير عن CCL11 بشكل كبير في خلايا العضلات الملساء ، ولا سيما الأنسجة غير الوعائية (القولون والمريء والبروستاتا والرحم) ، ويمكن أن ترتبط بمستقبلات CCR3 المعبر عنها في الخلايا النخاعية. يحتوي هذا الارتباط على دليل وظيفي حيث أن تعبير CCL11 في خلايا العضلات الملساء للرحم قد تورط في تجنيد الخلايا البدينة عبر CCR3 في ساركومة عضلية أملس الخلوية الرحمية 46 ومع تسلل الحمضات للأنسجة الأخرى في المرض 47. وبالمثل ، نجد أن CXCL12 (الذي يرتبط بـ CD4 و CXCR3 و CXCR4 على الخلايا المكونة للدم) يتم التعبير عنه بشكل كبير في الخلايا الزليلية. لقد ثبت أن CXCL12 منتظم في الخلايا الزليلية لالتهاب المفاصل الروماتويدي ويؤثر على تراكم الخلايا التائية في المرض 48. نلاحظ أيضًا الإشارات الظهارية إلى المكونة للدم عبر ربط CCL15 بـ CCR1 / 3 وعبر ربط CCL16 بـ CCR1 / 2/5/8 و HRH4 ، وبطاني للإشارات المكونة للدم عبر ربط CCL14 بـ CCR1 / 3/5. في حالة CCL16 ، يتم التعبير عن هذا الترابط بشكل كبير في خلايا الكبد 49 ، وهو مستجيب لتحفيز الضامة عبر CCR1 (المرجع 50) ، ويقوم بتجنيد الحمضات عبر المستقبل غير الكنسي HRH4 (المرجع 51).

نظرًا لأن ثروة المسارات التي تمت ملاحظتها بين الخلايا ذات الأهمية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن الدخول في أمثلة تفصيلية إضافية هنا ، فإننا نوجه المستخدم إلى أداة الويب لاستكشاف المزيد. ومع ذلك ، فإن الفحص المنهجي للتعبير الترابطي والمستقبل عبر 144 نوعًا من الخلايا الأولية يمكن أن يعطي رؤى تمكننا من إجراء بعض الملاحظات العامة. تعبر معظم الخلايا بترتيب 140 مستقبلًا و 140 رابطًا عند مستويات ملحوظة ، تعادل ما يقرب من 30 ٪ من جميع الروابط والمستقبلات ، باستثناء الخلايا المكونة للدم ، والتي تعبر فقط عن 18-22 ٪ من جميع الروابط والمستقبلات في المتوسط. يشير هذا إلى أنهم يستخدمون عددًا أقل من المسارات لبث حالتهم إلى جيرانهم ، ولكن نظرًا للعدد الكبير من الخلايا المكونة للدم التي تعمل كمستقبلات أو أجهزة إرسال رئيسية كما هو موضح في الشكل 5 ، فقد يعكس هذا أيضًا خصوصية أكبر في مجموعة الخلايا التي يستهدفونها. كانت هناك ملاحظة أخرى مفادها أنه في المتوسط ​​، يمكن لـ 70 ٪ من الروابط التي يعبر عنها أي نوع من الخلايا أن تربط مستقبلًا مشابهًا في نفس نوع الخلية ، وعلى العكس من ذلك ، يمكن لـ 60 ٪ من المستقبلات التي تعبر عنها الخلية ربط الروابط التي يتم التعبير عنها بواسطة نفس نوع الخلية. قد يشير هذا إلى أن العديد من مسارات إشارات autocrine تُستخدم لتعزيز حالة الخلية ، أو أن إشارات juxtacrine إلى خلايا من نفس النوع تُستخدم لإيصال الحالة إلى جيرانها. عند فحص أعداد أنواع الخلايا التي تعبر عن كل يجند ومستقبل ، نجد أن 72٪ من الأزواج لديها شريك واحد على الأقل (يجند أو مستقبل) مع تعبير مقيد ، مما يشير أيضًا إلى أهمية خصوصية التعبير من نوع خلية مستقبلات ليجند للحصول على معلومات انتقائية نقل في الكائنات متعددة الخلايا.

نحن ندرك أن هناك العديد من التبسيط والافتراضات التي قدمناها في تحليلاتنا. نحن نستخدم القفص لقياس مستويات الرنا المرسال ، لكن التفاعلات ذات المغزى الفسيولوجي للروابط والمستقبلات الداخلية تتطلب أن يتم التعبير عنها كبروتينات ، بعد تعديلها بشكل صحيح بعد الترجمة ، ثم توطينها في الفضاء الخارجي أو الفضاء خارج الخلية. بدون بيانات PM وبيانات البروتينات الإفرازية على الخلايا الأولية البشرية 19،52 ، تعد بيانات النسخ هي أفضل بديل لنا ، ويمكن الدفاع عنها نظرًا لدرجة الارتباط الجيدة بين الرنا المرسال ومستويات البروتين 52. ومع ذلك ، يجب أن نلاحظ أن تحليل بروتينات الخلية بأكملها ليس ناضجًا مثل تحليلات الترنسكريبتوم. في حين أن 82٪ من الروابط والمستقبلات التي اكتشفها القفص في الخلايا البائية كانت تدعم أيضًا مستوى البروتين ، وجدت مراجعة الأدبيات التي أجريناها أن العديد من البروتينات تم اكتشافها فقط في بروتين الخلية B لكيم. وآخرون. 19 (ولم يتم اكتشافه في نسخة FANTOM5 B-cell) من المحتمل ألا تنتجها الخلايا البائية ومن المحتمل أن تكون إيجابية خاطئة للتحليل أو 36 مساهمة مستقلة غير خلوية للبروتين.

بالإضافة إلى ذلك ، لا نعتبر الاتصال المباشر من خلية إلى خلية ، وهو أمر مهم بشكل خاص في إشارات الجوكستاكرين. نحن نفترض أن الارتباط يسبب بعض التغيير في الحالة في الخلية المستهدفة ، ولكن لتقدير الاستجابات الفسيولوجية بشكل صحيح ، وتقارب الروابط ، واستيعاب المستقبلات ، وإعادة التدوير ، ومسارات الإشارات داخل الخلايا ، وما إذا كان المستقبل يتطلب تقليل أو التفاعل مع بروتينات إضافية. نحن لسنا على دراية بالبيانات الشاملة التي تغطي هذه الجوانب عبر أنواع الخلايا الأولية ، وبالتالي قمنا بتلخيص المتطلبات البسيطة التي يتم التعبير عن المستقبلات والرابطات ومعروف عنها الارتباط. ندرك أيضًا أننا بحاجة إلى إضافة أنواع خلايا جديدة إلى المورد بمرور الوقت حيث تصبح مجموعات بيانات CAGE و RNA-seq الجديدة متاحة. يعد هذا ضروريًا حيث لم يتم التعبير عن 177 رابطًا و 112 مستقبلًا بمستويات ملحوظة في 144 نوعًا من الخلايا الأولية التي تم النظر فيها. على وجه الخصوص ، كشفت تحليلات GO أن البروتينات المفقودة كانت غالبًا متورطة في إشارات الببتيد العصبي ، واستجابة الفيروس (خاصة ألفا إنترفيرون) أو كانت هرمونات معبر عنها في مجموعات خلايا مقيدة للغاية (على سبيل المثال ، الأنسولين من خلايا بيتا ، الجاسترين من الخلايا G وإفراز الغدد التناسلية. هرمون 1 من الخلايا العصبية GnRH) (البيانات التكميلية 8).

على الرغم من هذه المحاذير ، فإننا نستعيد ما هو معروف واكتشف علاقات جديدة مهمة من الناحية الفسيولوجية من خلية إلى خلية بما في ذلك شبكة CSF1 – CSF1R (الشكل 4). CSF1 هو عامل نمو رئيسي للبلاعم ويتم التعبير عن CSF1R في معظم خلايا النسب النخاعية. كما ذكرنا سابقًا ، نلاحظ إمكانية إرسال إشارات أوتوكينية للخلايا الضامة المشتقة من الخلية الوحيدة 54 ، ولكن أيضًا للخلايا الجذعية والخلايا القاعدية المشتقة من الخلايا الوحيدة غير الناضجة. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أننا لاحظنا أن الخلايا البدينة تنتج أعلى مستويات CSF1 وتقوم بتنظيمه عند التحفيز. على حد علمنا ، هذه علاقة جديدة كشف عنها تحليلنا.

باختصار ، نقدم أول خريطة واسعة النطاق للإشارات من خلية إلى خلية من خلال تقديم شبكة ، حيث تكون الخلايا هي العقد وأزواج مستقبلات - يجند تشكل الحواف. هذه المعلومات مهمة لبيولوجيا الأنظمة على مستوى الكائن الحي (علم وظائف الأعضاء الجزيئي) لفهم المشاركين الخلويين بشكل أفضل وأزواج الإشارات المستخدمة في الشبكات الخلوية المعقدة المستخدمة في المرض والتطور والاستجابة المناعية والتوازن الطبيعي. أخيرًا ، على المستوى الفوري والعملي ، سيسمح لنا بالعثور على عوامل جديدة لتحسين الثقافة لأنواع الخلايا المختلفة ، كما أوضحنا مؤخرًا باستخدام BMPs للخلايا البدينة 55 و CCL2 للخلايا الجذعية الجنينية 56. في المستقبل ، نأمل في تغطية المزيد من أنواع الخلايا الأولية من خلال دمج مجموعات بيانات تعبير الخلية المفردة 57 بما في ذلك تلك التي تلتقط العلاقات المكانية 58 وتسمح لنا بفحص إشارات juxtacrine بين الخلايا المجاورة.


تسلسل الترميز وتطور علم التشريح

تطورت مخططات جسم المفصليات ورباعي الأرجل حول استخدام تكملة مستقرة إلى حد ما هوكس الجينات في كل شعبة [24،39]. استقرار هوكس رقم الجين وحفظ هوكس تسلسل ووظيفة تقويم العظام ، أدى إلى الانطباع الأولي بذلك هوكس لم تتباعد البروتينات بشكل كبير في الوظيفة. ومع ذلك ، فمن المفهوم الآن أن العديد من المفصليات هوكس تغيرت البروتينات بطرق مرتبطة بالتغيرات في آليات الشكل أو التطور ، بما في ذلك البروتينات Hox3 و Fushi Tarazu و Ultrabithorax (Ubx) و Antennapedia [40]. في حالة Hox3 و Fushi tarazu ، فقدت وظيفة Hox-type في سلالات معينة بينما تم اكتساب وظائف جديدة. فقد بروتين فوشي تارازو Fushi tarazu لبعض الحشرات الأشكال المتسلسلة المتضمنة في وظائف Hox ، واكتسب فكرة لنشاط جديد ينطوي على التجزئة [41 ، 42]. وبالمثل ، فقد بروتين Hox3 وظيفة Hox في الحشرات واكتسب وظيفة جديدة لنمذجة المحور الظهري المركزي. وقد خضع بعد ذلك لتكرار أنتج جينين متباينين ​​متورطين في النمذجة المبكرة لمحوري الجسم في فرع واحد من الذباب [43-45].

في بروتين Ubx ، تطورت الأشكال الوظيفية بينما احتفظ البروتين بوظيفة Hox. أظهرت الدراسات المقارنة والوظيفية أن الطرف الكربوكسي لبروتين Ubx قد امتد في سلالة القشريات ويعمل كمجال لتعديل النشاط [46]. في سلالة الحشرات ، تم استبدال هذا المجال بعنصر قصير غني بالجلوتامين / الألانين تم الحفاظ عليه جيدًا طوال أكثر من 300 مليون سنة من تطور الحشرات [47].

تُظهر بروتينات المفصليات Hox أن بعض البروتينات الأكثر حفظًا يمكنها ، في ظل ظروف معينة ، تطوير أنشطة جديدة ومختلفة. في هذه الأمثلة ، قد يكون الاختيار مقابل تغييرات الترميز قد تم تخفيفه بسبب التكرار الوظيفي بين هوكس Paralogs. ومع ذلك ، فإن هذه الأحداث ، في فترة طويلة من تاريخ هذه السلالات ، نادرة بالنسبة للتنوع الواسع لأشكال الجسم. كما يجب التأكيد على أن كليهما FTZ و Hox3 (ومشتقاته زين و بى سى دى) اكتسبت عناصر تنظيمية جديدة تمامًا تحكم تعبيرها في مجالات وأنماط جديدة. بالإضافة إلى، Ubx تم تنويع التنظيم على نطاق واسع بين المفصليات [24] ، بما في ذلك داخل الحشرات [48-50]. وهكذا ، حتى في الحالات النادرة لتطور تسلسل الترميز العلني في البروتينات التنظيمية ، فإن تطور التسلسل التنظيمي هو عنصر حاسم في التطور الوظيفي ، والمزيد من التنويع في وظيفة الجينات.

هل هناك وسائل أكثر شيوعًا وسرعة لتطوير التنوع المورفولوجي عبر طفرات التشفير؟ بالتااكيد. أحد الأمثلة البارزة هو مستقبل الميلانوكورتين 1 (MC1R) ، الذي يعدل كمية ونوع توليف الميلانين في الخلايا الصباغية. الطفرات في MC1R يرتبط الجين بالتنوع والتباين في الحجم أو الفراء أو لون الريش في مجموعة واسعة من الأنواع [51]. تشير الأهمية البيئية للأنماط الظاهرية البديلة إلى أن MC1R تطور الجين في ظل الانتقاء الطبيعي والجنسي. الحالة الواضحة لـ MC1R يثير التطور السؤال ، لماذا يعتبر تطور تسلسل الترميز منتشرًا جدًا في تنوع تصبغ الفقاريات ، بينما يلعب تطور تنظيم الجينات دورًا رئيسيًا في تصبغ الأزهار وذبابة الفاكهة؟

قد تكون هناك خصائص معينة لـ MC1R مكنتها من لعب دور البطولة هذا. MC1R هو عضو في عائلة مكونة من خمسة مستقبلات ذات صلة وهو العضو الوحيد المشارك في تنظيم تخليق الصباغ [52]. وبالتالي ، فإن التنويع الهيكلي والتنظيمي لعائلة المستقبلات هذه (أي تطور تعبير MC1R في الخلايا الصباغية) قد أنتج بروتينًا يتمتع بدرجة أكبر بكثير من الحرية التطورية من المستقبلات متعددة الاتجاهات. تجدر الإشارة إلى أن MC1R تؤدي طفرات الترميز إلى تأثيرات على مستوى الجسم على التصبغ ، ولا تخلق أو تغير البقع أو الخطوط أو الأنماط الأخرى. لا يزال من المحتمل أن يتضمن تطور الأنماط المكانية للتصبغ في الفقاريات تطورًا تنظيميًا في التعبير عن بروتينات التصبغ ، أو منظمات نشاط المستقبلات [53] ، عبر آليات مشابهة لتلك الكامنة وراء تطور أنماط ألوان الحشرات.

مشاركة واسعة النطاق MC1R قد يكون الاختلاف في الترميز في التنوع المرئي للفقاريات حالة خاصة نسبيًا ، يتم تمكينه من خلال تكريس MC1R للتصبغ والحد الأدنى من تعدد الأشكال. من المتوقع أن يتم تقييد المزيد من البروتينات متعددة الاتجاهات في تباين تسلسلها ، وبالتالي مساهمتها في التباين المورفولوجي. ومع ذلك ، فقد ثبت مؤخرًا أن الاختلاف المورفولوجي في سلالات الكلاب يرتبط بالتباين في طول متواليات الأحماض الأمينية المتكررة في مناطق الترميز لمجموعة متنوعة من عوامل النسخ المهمة من الناحية التنموية [54]. يتم ترميز هذه التكرارات بواسطة متواليات الأقمار الصناعية الصغيرة التي تتمدد أو تتقلص بمعدلات عالية جدًا ، وتؤثر الطفرات التلقائية أو المستحثة في هذه المواقع على السمات المرئية. إن الاختلاف غير العادي في أطوال التكرار ، وتأثيراتها المحتملة على التشكل ، يزيد من احتمال أن تكون هذه التكرارات مصدرًا للاختلاف في التجمعات الطبيعية. ومع ذلك ، قد يكون هذا الاختلاف مصاحبًا للآثار الضارة متعددة الاتجاهات التي ، على الرغم من إمكانية إدارتها في ظل التدجين ، من شأنها أن تحد من مساهمتها في التطور في ظل الانتقاء الطبيعي.


معلومات متقدمة

مُنحت جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2007 للدكتور ماريو آر كابيتشي ومارتن جيه إيفانز وأوليفر سميثيز لاكتشافاتهم للمبادئ لإدخال تعديلات جينية محددة في الفئران عن طريق استخدام الخلايا الجذعية الجنينية. لقد أتاح عملهم تعديل جينات معينة في السلالة الجرثومية للثدييات وتربية النسل الذي يحمل الجين المعدل ويعبر عنه. سمحت مجموعة الأدوات الخاصة بالطرق الوراثية التجريبية التي طورتها Capecchi و Evans و Smithies ، والمعروفة باسم تقنية الضربة القاضية ، للعلماء بتحديد دور جينات معينة في التنمية وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأمراض. لقد أحدث ثورة في علوم الحياة ويلعب دورًا رئيسيًا في تطوير العلاج الطبي.

الاكتشافات

حدد مارتن إيفانز وعزل الخلية الجذعية الجنينية للجنين المبكر ، وهي الخلية التي تُشتق منها جميع خلايا الكائن البالغ. لقد أسسها في زراعة الخلايا ، وقام بتعديلها وراثيًا ، وأعاد إدخالها في الأمهات بالتبني من أجل توليد ذرية معدلة وراثيًا. اكتشف ماريو كابيتشي وأوليفر سميثيز ، بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، كيف يمكن استخدام إعادة التركيب المتماثل بين أجزاء من جزيئات الحمض النووي لاستهداف الجينات في جينوم الثدييات وطرق تطوير فئران معدلة وراثيًا. أصبحت مثل هذه الحيوانات لا غنى عنها في البحوث الطبية. علاوة على ذلك ، فإن المعرفة المتعلقة ببيولوجيا الخلايا الجذعية وتكنولوجيا الجينات التي تم الحصول عليها أثناء البحث الذي أدى إلى & # 8220 knockout mouse & # 8221 قد غيرت فهمنا للتطور الطبيعي وعمليات المرض وحدد طرقًا جديدة للعلاج الطبي. يوضح الشكل 1 الاستراتيجية العامة لاستهداف الجينات في الفئران.

البحث الذي أدى إلى استهداف الجينات

الخلايا الجذعية الجنينية

الخلية الجذعية هي خلية قادرة على الانتشار على نطاق واسع ، وخلق المزيد من الخلايا الجذعية (التجديد الذاتي) بالإضافة إلى ذرية خلوية أكثر تمايزًا. الخلايا الجذعية الجسدية ضرورية لتجديد أنسجة الكائن البالغ. على سبيل المثال ، الخلايا الجذعية المكونة للدم في نخاع العظم تتمايز إلى خلايا الدم ، أي كريات الدم الحمراء وخلايا النواء الكبيرة / الصفائح الدموية وأنواع مختلفة من الكريات البيض. في حين أن كل خلية جذعية جسدية للكائن البالغ تلتزم بخط معين من التمايز ، فإن الجنين المبكر يحتوي على خلايا جذعية كاملة القدرة ، أي أنها تؤدي إلى ظهور جميع أنواع الخلايا في الكائن الحي النامي. لذلك ، فإن فكرة أن الخلايا الجذعية الجنينية من الكيسة الأريمية يمكن استخدامها لخلق كائن حي من الثدييات قد فتنت العلماء لسنوات عديدة.

مفهوم أن الخلايا والأنسجة المتمايزة مشتقة من خلايا جذعية غير متمايزة (& # 8220Stammzellen & # 8221) تم اقتراحه بالفعل منذ مائة عام [1]. ومع ذلك ، ظلت خصائصها الدقيقة بعيدة المنال لعقود عديدة. أظهرت الدراسات التي أجريت على التراتومة في الخصية أن هذه الأورام تحتوي على خلايا مكتملة النمو. في الخمسينيات من القرن الماضي ، وجد ليروي ستيفنز في مختبر جاكسون أن الفئران من سلالة 129Sv لديها تردد عالٍ لمثل هذه الأورام. أظهر أن خلاياهم يمكن أن تتطور إلى أجسام جنينية ، أي تجمعات من الخلايا الجنينية. عند زرعها ، يمكن أن تؤدي هذه الركام إلى حدوث أورام صلبة مع العديد من أنواع الخلايا المختلفة [2 ، 3]. بعد سنوات قليلة ، أثبت كلاينسميث وبيرس أن مثل هذه الأورام مشتقة من خلايا سرطانية جنينية غير متمايزة [4].

سمح تطوير تقنيات زراعة الخلايا للباحثين بتأسيس مزارع من الخلايا السرطانية الجنينية (خلايا EC) من الأورام المسخية في الخصية في الفئران. قدم العديد من العلماء ، بمن فيهم مارتن إيفانز من جامعة كامبريدج ، تقارير عن مثل هذه الثقافات في أوائل السبعينيات [5-7].

حصل إيفانز على 129Sv من الفئران من Stevens ، وأنشأ مستعمرة للفئران ، وميز الخلايا المشتقة من الورم المسخي في المستنبت [8 ، 9]. يمكن أن تنمو هذه الخلايا السرطانية الجنينية (EC) على طبقات مغذية من الخلايا الليفية المشععة. عندما تم سحب هذا الأخير ، كان واسع النطاق في المختبر حدث التمايز. لقد انتقل من خلال الأديم الباطن الجنيني البدائي ، والذي تجمعت في أجسام جنينية. أدى الارتباط على سطح صلب إلى ظهور جميع أنواع الخلايا ، بما في ذلك الجلد ، والعصب ، وعضلة القلب النابضة ، وما إلى ذلك. أظهر هذا أن خلايا EC متمايزة بنفس الطريقة مثل كتلة الخلايا الداخلية لجنين الفأر [8 ، 9] .

رأى إيفانز إمكانية استخدام خلايا EC هذه ليس فقط لدراسات زراعة الخلايا ولكن أيضًا لإنشاء فئران كيميرية. من أجل تحقيق هذه الرؤية ، أنشأ تعاونًا مع ريتشارد غاردنر في أكسفورد ، الذي قام بحقن خلايا EC في الكيسات الأريمية وأعاد زرعها في فئران حاضنة. كان النسل خياليًا ، مع مساهمات من خلايا EC في كل نسيج تقريبًا [10]. تم التوصل إلى نتائج مماثلة من قبل عدة مجموعات أخرى في نفس الوقت تقريبًا ، [11] [12]. ومع ذلك ، فإن الفئران الكيميرية التي تحمل الخلايا المشتقة من EC طورت أورامًا متعددة ولم تستطع المساهمة في الخط الجرثومي بسبب تشوهات النمط النووي.

أصبح من الواضح لإيفانز أنه يجب استخدام استراتيجية بديلة إذا كان للمرء أن يحصل على انتقال جرثومي مشتق من الخلايا الجذعية الجنينية المستزرعة. باستخدام الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ، قام بتمييز الجزيئات الكبيرة على سطح الخلية لخلايا EC ونظيراتها الطبيعية ، وبالتالي حدد الواسمات الجزيئية للتمايز المبكر [13]. اقترحت النتائج أنه يمكن العثور على الخلايا الطبيعية ذات النمط الظاهري المماثل لخلايا EC واستخدامها في التجارب. في عام 1980 ، تعاون إيفانز مع عالم الأجنة مات كوفمان للجمع بين زراعة الخلايا والتلاعب بالأجنة. كما وصفه إيفانز في مراجعة لاحقة [14] ، كان ينوي استخدام أجنة أحادية الصيغة الصبغية لزراعة الخلايا لكنه أعد بعض الأجنة ثنائية الصبغيات كعناصر تحكم. يكتب إيفانز [14]:

& # 8220 عندما قمت بتربية هذه الأكياس الكيسية كإكسبلنتس في زراعة الأنسجة ، باستخدام وسيط تم شحذه لتحقيق كفاءة استنساخ مثالية لكل من خلايا الفئران والمفاصل البشرية ، لاحظت على الفور نموًا لخلايا تشبه EC. تم التعرف بوضوح على هذه الخلايا باعتبارها الخلايا متعددة القدرات المطلوبة ، وقد اجتازوا كل اختبار: لقد شكلوا ورمًا مسخيًا في الجسم الحي ، وتمايزوا في المختبر. لقد حملوا مستضدات سطح الخلية التي توقعناها. لقد تلطخوا بشدة بالفوسفاتيز القلوي ، وكانوا طبيعيين من الناحية النووية ، والأهم من ذلك أنهم صنعوا كائنات خيالية رائعة. & # 8221

كانت هذه الخلايا هي الخلايا الجذعية الجنينية (الخلايا الجذعية الجنينية) التي أصبحت ضرورية لنجاح استهداف الجينات. نشر إيفانز وكوفمان تقريرهما عن الخلايا الجذعية الجنينية في ورقة بحثية في مجلة نيتشر في يوليو 1981 [15]. أبلغ جيل مارتن ، زميل سابق في إيفانز في العمل ، عن نتائج مماثلة بعد نصف عام [16]. أشار إيفانز وكوفمان في بحثهما عن الطبيعة إلى إمكانية استخدام الخلايا الجذعية الجنينية لتعديل الجينات. كتبوا [15]:

& # 8220 Their [أيتستخدم الخلايا الجذعية الجنينية كوسيلة لنقل الأليلات الطافرة إلى جينوم الفأر ، سواء تم اختيارها في زراعة الخلايا أو إدخالها في الخلايا عن طريق التحول مع أجزاء معينة من الحمض النووي ، وقد تم تقديمها على أنها اقتراح جذاب. في العديد من هذه الدراسات ، يجب أن يكون لاستخدام الخلايا متعددة القدرات المعزولة مباشرة من الأجنة قيد الدراسة مزايا كبيرة. & # 8221

قام فريق Evans & # 8217 بإعداد تقنيات حقن الكيسة الأريمية لاختبار ما إذا كانت الخلايا الجذعية الجنينية يمكن أن تساهم بالفعل في الخلايا الجرثومية الوظيفية ، وبالتالي يمكن استخدامها لإنشاء فأر كيميري. أبلغوا عن انتقال سلالة جرثومية ناجحًا في عام 1984 ، في ورقة تاريخية أخرى في نيتشر [17].

كانت الخطوة التالية هي تحديد ما إذا كان يمكن استخدام الخلايا الجذعية الجنينية لإدخال مادة وراثية في السلالة الجرثومية. قام إيفانز وزملاؤه بإصابة الخلايا الجذعية الجنينية بفيروس قهقري مأشوب قبل حقنها في الكيسة الأريمية [18]. تم تحديد الحمض النووي الفيروسي في المؤسسين ونقله إلى ذرية F1 ، مما يدل على إدخال الحمض النووي الغريب في السلالة الجرثومية للفأر [19]. في أكتوبر 1986 ، إيفانز وآخرون. أبلغوا عن النتائج التي توصلوا إليها في Nature وخلصوا إلى ذلك & # 8220 الخلايا الجنينية المستزرعة توفر وسيلة فعالة لإنتاج الحيوانات المعدلة وراثيا & # 8221 [19]. في ديسمبر من ذلك العام ، أبلغ مختبر آخر عن انتقال سلالة جرثومية لجين مقاومة النيومايسين الذي أدخلوه إلى الخلايا الجذعية الجنينية عن طريق العدوى الفيروسية القهقرية [20].

اتخذ إيفانز الآن الخطوة المهمة المتمثلة في إدخال شكل متحور من جين داخلي محدد في جينوم الفأر. قام هو وزملاؤه بنقل جين متحور لـ Hypoxanthine phosphoribosyltransferase (HPRT) ، وهو خلل في متلازمة ليش-نيهان ، وهو عيب أحادي الجين مرتبط بالكروموسوم X في استقلاب البيورين [21]. تم إدخال عدة نسخ من جين HPRT المتحور في جينوم الخلايا الجذعية الجنينية عن طريق العدوى الفيروسية في المزرعة. تم حقن الخلايا الجذعية الجنينية الطافرة في الكيسات الأريمية وساهمت في تكوين الكيميرا. تم نقل الطفرات الجرثومية وتم تحديدها في ذرية الذكور على أنها فقدان نشاط HPRT. في ورقة بحثية نُشرت في دورية Nature بالتعاقب مع دراسة من مختبر Evans & # 8217 ، أبلغ هوبر وآخرون في إدنبرة عن انتقال السلالة الجرثومية لجين HPRT متحور آخر ، وهو طفرة حذف عفوية في الخلايا الجذعية الجنينية [22]. لأول مرة ، تم إنشاء نماذج للأمراض البشرية عن طريق التلاعب الجيني للخلايا الجذعية الجنينية.

في ورقتهم [21] ، يشير إيفانز وزملاؤه إلى أن نجاحهم & # 8220 يفتح إمكانية اشتقاق سلالات تحمل على وجه التحديد تغييرات مستحثة في الجينات الأخرى & # 8221 واقترح ذلك & # 8220 قد يكون من الممكن أيضًا في النهاية إنتاج تعديلات معينة في الجينات الذاتية من خلال إعادة التركيب المتماثل مع النسخ المستنسخة المعدلة في المختبر & # 8221، نقلاً عن أعمال Capecchi و Smithies [23 ، 24]. في الواقع ، أحدث الجمع بين التقنيتين ثورة في الطب التجريبي ، كما نعرف الآن بعد ما يقرب من 20 عامًا.

استهداف الجينات وتكوينها في الثدييات

الفئران المعدلة وراثيا

كان الفأر حيوانًا مفضلاً للدراسات الجينية لعقود عديدة وكان خيارًا واضحًا للمحاولات الأولى لإدخال جينات جديدة في جينوم الثدييات. حدد العمل في العديد من المختبرات شروطًا لمعالجة بيض الفئران المخصب والأكياس الأريمية في المزرعة. باستخدام تقنيات الاستزراع هذه ، تم إدخال الحمض النووي لفيروس SV40 في الكيسات الأريمية ، والتي تم زرعها لاحقًا في أمهات حاضنات كاذبة. يمكن الكشف عن الحمض النووي SV40 في النسل ، ولكن كان من المستحيل إثبات ما إذا كان الحمض النووي متكاملاً في جينوم المضيف ، أو بقي على شكل حلقات [25]. بعد بضع سنوات ، تم إنشاء أول فأر معدل وراثيا عن طريق إصابة الأجنة بفيروس سرطان الدم مولوني [26]. كانت نسخة الحمض النووي من الحمض النووي الريبي الفيروسي موجودة في جينوم الفئران المعدلة وراثيا وتم نقلها إلى النسل بطريقة مندلية ، لذلك تم إدخال الحمض النووي للفيروس في خط جرثومة الفأر. أتاح التطور اللاحق إدخال عدد كبير من الجينات المحورة في الفئران وكذلك في الثدييات الأخرى والإفراط في التعبير عنها [27]. ومع ذلك ، فإن تكامل الحمض النووي الغريب في الجينوم يحدث عشوائيًا ويختلف عدد النسخ. على الرغم من كونها أداة مهمة في علوم الحياة ، إلا أن تقنية التحوير من هذا النوع تفتقر إلى الدقة فيما يتعلق بالجين المُدخل ولا يمكن استخدامها لمعالجة الجينات الذاتية بطريقة محددة مسبقًا. هذه المشاكل المتأصلة في تقنية التعبير الجيني المفرط تحد من فائدتها.

إعادة التركيب المتماثل

إن مبدأ إعادة التركيب بين الجينات المتماثلة معروف منذ نصف قرن وتم الاعتراف به من خلال جائزة نوبل لجوشوا ليدربيرج في عام 1958 لدراساته في البكتيريا. في السبعينيات ، أصبح من الواضح أن حقيقيات النوى تستخدم آلية مماثلة للتوسط في تبادل المعلومات الجينية بين الكروموسومات المتجانسة أثناء الانقسام الاختزالي. أعقب الدراسات المبكرة في الخميرة تجارب أظهرت إعادة التركيب بين تسلسل الحمض النووي الفيروسي في جينوم الثدييات وإدخال الحمض النووي الريبي للفيروس القليلي. أظهر العمل الرائد لريتشارد أكسل (جائزة نوبل 2004 لاكتشاف مستقبلات الرائحة) أن خلايا الثدييات المزروعة المعيبة في كيناز ثيميدين يمكن إنقاذها عن طريق إدخال فيروس الهربس ثيميدين كيناز (tk) الجين [28]. قرر ماريو كابيتشي تحسين الطريقة واستخدم ماصة زجاجية دقيقة لحقن الحمض النووي مباشرة في النواة [29]. أدى هذا إلى تحسين كفاءة نقل الجينات بشكل كبير وتم اعتماد طريقة Capecchi & # 8217s بسرعة من قبل محققين آخرين لإدخال جينات جديدة في أجنة الفئران المخصبة وإنتاج فئران معدلة وراثيًا [30]. ومع ذلك ، لا يزال يتم إدخال الجين المنقول بشكل عشوائي في جينوم المضيف.

قدم Capecchi الآن ملاحظة مهمة: عندما كان tk تم حقن الجين ، وتم دمج النسخ في موقع واحد أو موقعين فقط من جينوم المضيف ، مع وجود نسخ متعددة تشكل مجموعات متتالية من الرأس إلى الذيل. ورأى أن مثل هذه المتسلسلات يمكن أن تتولد فقط من خلال آليتين: إما عن طريق النسخ المتماثل أو عن طريق إعادة التركيب المتماثل. تم إجراء سلسلة من التجارب الدقيقة ، والتي أثبتت بشكل لا لبس فيه أن المتسلسلات من الرأس إلى الذيل قد تم إنشاؤها عن طريق إعادة التركيب المتماثل [31]. قدم هذا بدوره دليلاً على أن الخلايا الجسدية للثدييات تمتلك آلية إنزيمية فعالة للتوسط في إعادة التركيب المتماثل. إذا كان من الممكن تسخير هذه الآلية لإنجاز إعادة التركيب المتماثل بين جزيء DNA الذي تم إدخاله حديثًا ونفس تسلسل الحمض النووي في جينوم الخلية المتلقية # 8217s ، يمكن أن يتحول أي جين خلوي.

قدم Capecchi الآن اقتراح منحة إلى المعاهد الوطنية للصحة الأمريكية لاختبار جدوى استهداف الجينات في خلايا الثدييات. تم رفضه نظرًا لأن المراجعين اعتبروا أنه من غير المحتمل للغاية أن يجد الحمض النووي الذي تم إدخاله تسلسله المطابق داخل جينوم المضيف (تم الاستشهاد به بواسطة Capecchi في مراجعة لاحقة [32])! في نفس الوقت تقريبًا ، مارتن إيفانز وآخرون في إنجلترا ، اقترح إستراتيجية مماثلة في طلب منحة إلى مجلس البحوث الطبية في المملكة المتحدة ، والذي تم رفضه أيضًا لكونه مفرطًا في الطموح!

قرر Capecchi مواصلة العمل على إعادة التركيب المتماثل على الرغم من رفض المعاهد الوطنية للصحة. قام بتوليد سلالات الخلايا المتلقية التي تحمل جين مقاومة النيوميسين المعيب (neo r) وتمكن من إصلاحه عن طريق إدخال جين جديد وظيفي [23]. حدث التصحيح بتردد مرتفع نسبيًا (في خلية واحدة لكل 1000 خلية محقونة) ، مما يجعل من المحتمل استخدام إعادة التركيب المتماثل لمعالجة جينات جينوم الثدييات.

بالتوازي مع عمل Capecchi & # 8217 ، طور أوليفر سميثيز مفهومًا يمكن استخدام إعادة التركيب المتماثل لإصلاح الجينات المحورة. في وقت مبكر من الستينيات ، كان قد أثبت بالفعل أن البديل الأليلي للهبتوجلوبين قد حدث من خلال أحداث إعادة التركيب [33]. في وقت لاحق ، قام باستنساخ جينات غلوبين الجنين البشري وخلص إلى أن G γ و A نشأت من خلال عملية تنطوي على إعادة التركيب المتماثل [34]. ابتكر إجراء اختيار تدريجي لاستعادة الخلايا المستهدفة التي تحمل الجينات المعدلة. كانت الإستراتيجية ناجحة وقد أبلغ في ورقة تاريخية في عدد 19 سبتمبر 1985 من Nature عن التكامل الناجح عن طريق إعادة التركيب المتماثل للبلازميد في جين β-globin الكروموسومي لخلايا الكريات الحمر البشرية [24].

بحلول عام 1985 ، أظهر Capecchi أن إعادة التركيب المتماثل تحدث بتردد عالٍ في خلايا الثدييات ، وقد استخدم Smithies إعادة التركيب المتماثل لإدخال تسلسل DNA البلازميد في جين كروموسومي لخلية بشرية. ومع ذلك ، تم تنفيذ كل هذا العمل في زراعة الخلايا. هل يمكن استخدام إعادة التركيب المتماثل لاستهداف الجينات في السلالة الجرثومية والحصول على سلالات من الحيوانات المعدلة وراثيًا؟ كان كل من Capecchi و Smithies قد سمعوا عن خلايا Martin Evans & # 8217 ES وقرروا تجربتها. بمساعدة إيفانز ، أنشأ كلاهما زراعة الخلايا الجذعية الجنينية لاستخدامها في تجارب إعادة التركيب المتماثل.

استخدم سميثيز لأول مرة إعادة التركيب المتماثل لتصحيح جينة HPRT متحولة في الخلايا الجذعية الجنينية المستزرعة [35]. لهذا الغرض ، تم استخدام خط خلية ES يحمل طفرة حذف كان هذا الخط الخلوي يستخدم سابقًا لإنتاج الفئران الطافرة. تم إصلاح الجين HPRT ببلازميد يحمل المروج المفقود وأظهر أول 2 exons و Smithies أن الخلايا المعالجة نجت ونمت في وسط اختيار HAT ، الأمر الذي يتطلب نشاط إنزيم HPRT. استنتج سميثيز وزملاؤه ذلك & # 8220 هذا التعديل للجين المختار في الخلايا الجذعية الجنينية متعددة القدرات يوضح جدوى هذا الطريق لمعالجة جينومات الثدييات بطرق محددة مسبقًا & # 8221 [35].

اختار فريق Capecchi & # 8217s أيضًا جين HPRT لدراساتهم المبكرة. كانت الطرق القياسية متاحة للنمو الانتقائي للخلايا باستخدام إنزيمات HPRT الوظيفية وقد تم استخدامها بالفعل لعدة سنوات لاختيار المسوخ وخلايا الورم الهجين في إنتاج الأجسام المضادة أحادية النسيلة وما إلى ذلك. قدم توماس وكابيتشي [36] جينًا مقاومًا للنيومايسين في إكسون من HPRT في الخلايا الجذعية الجنينية وأظهرت أن استنساخ الخلايا المنقولة قد فقدت HPRT لكنها اكتسبت نشاط R الجديد. خلصوا في ورقة زنزانتهم إلى أن & # 8220 من المأمول أن يوفر هذا المزيج من استخدام الخلايا الجذعية الجنينية كخط خلوي متلقي والطفرات الخاصة بالموقع التي تم تحقيقها عن طريق استهداف الجينات وسائل لتوليد الفئران من أي نمط وراثي مرغوب. & # 8221 [36] واستمروا بوضع الخطوط العريضة لاستراتيجية تجريبية:

& # 8220 ميزة هذا السيناريو هي أن الجيل الأول من الوهم سيكون عادة متغاير الزيجوت للطفرة المستهدفة وأنه يمكن استخدام التكاثر اللاحق لتوليد حيوان متماثل اللواقح. وبالتالي ، يجب تعطيل موقع واحد فقط من الموقعين ، ويمكن الحفاظ على الجراثيم المميتة المتنحية على أنها متغايرة الزيجوت. في حالة نجاحها ، سيتم استخدام هذه التقنية في المستقبل لتشريح المسار التنموي للماوس وكذلك لإنشاء نماذج الفئران للأمراض البشرية. & # 8221 [36]

أصبحت هذه الرؤية حقيقة وهي الآن حجر الزاوية في الطب التجريبي.

كان من المهم الانتقال من & # 8220model gene & # 8221 HPRT إلى استراتيجية عامة تسمح باستهداف الجينات التي لا يمكن تحديد وظيفتها في ثقافة الخلية. أشار توماس وكابيتشي [36] إلى أن تكرار إعادة التركيب المتماثل مقابل التكامل العشوائي كان 1/1000 ، وهو ما يجب أن يكون مرتفعًا بما يكفي للسماح باستهداف الجينات غير القابلة للاختيار أيضًا. دفعت هذه الملاحظة إلى العمل على تطوير الأساليب اللازمة لمثل هذه الأساليب. في العام التالي ، تم تقديم استراتيجية الاختيار السلبي الإيجابي Capecchi & # 8217s لإثراء الخلايا الجذعية الجنينية التي تحتوي على تعطيل مستهدف لأي جين منقول في Nature [37] (الشكل 2). يتم إدخال عنصر مقاومة النيومايسين (neo R) في exon للناقل البديل ، والذي يحتوي أيضًا على عنصر thymidine kinase (HSV-tk) في نهايته. سيؤدي إعادة التركيب المتماثل للجين المستهدف إلى تعبير neo R لكن عنصر tk سيُفقد لأنه كان خارج تسلسل الحمض النووي المعاد توحيده. في المقابل ، فإن التكامل العشوائي للناقل البديل سيقدم tk وكذلك neo R في الجين. تم استخدام هذه الاستراتيجية بنجاح لتعطيل int-2 الجين ، وهو عضو في عائلة عامل نمو الخلايا الليفية (FGF) [37].

أصبحت جميع المكونات الآن في مكانها الصحيح لإنتاج سلالات الفئران المستهدفة الجينات: تطوير ثقافة الخلايا الجذعية الجنينية ، وإثبات أن التعديل الجيني في هذه الخلايا يمكن أن ينتقل إلى السلالة الجرثومية ويسجل في النسل ، ملاحظة أن إعادة التركيب المتماثل يحدث مع ارتفاع التردد في جينوم الثدييات ، وتطبيق طرق نقل الجينات على الخلايا الجذعية الجنينية ، واختراع استراتيجيات تخصيب الخلايا المنقولة. انضمت العديد من المختبرات إلى السباق وشهد عام 1989 ولادة عدة فئران مختلفة بالضربة القاضية [38-41]. يوضح الشكل 3 الدليل الجزيئي لتصحيح الجين المتحول HPRT في السلالة الجرثومية بواسطة Smithies وزملاؤه [39].

مزيد من التطوير لتقنية استهداف الجينات

بعد إنشاء تقنية استهداف الجينات ، أدت العديد من التعديلات والتطورات المهمة ، في العديد من المختبرات ، إلى توسيع نطاق استخدامها بطرق مهمة. تم إجراء تطوير بارع لاستهداف الجينات من خلال إدخال مواقع التعرف على إنزيم Cre recombinase ، ما يسمى بمواقع lox P ، في الجينات الموجودة. عندما تتزاوج الفئران التي تحمل مثل هذه الجينات & # 8220floxed & # 8221 مع الفئران المعدلة وراثيًا التي تعبر عن إعادة التركيب الكيميائي لـ Cre recombinase ، يتم تعديل الجين المستهدف للنسل من خلال إجراء Cre [42-44]. recombinase آخر خاص بالموقع ، Flp ، يستخدم بشكل متكرر أيضًا لبناء استهداف مشروط للجينات في الفئران [45]. يمكن التحكم في نشاط الجين Cre أو Flp عن طريق وضعه تحت محفز مناسب لتحقيق استهداف الجينات الخاصة بالأنسجة [46]. يمكن تقييد التعبير عن Cre وبالتالي استهداف الجين floxed على سبيل المثال. الخلايا التائية (محفز الميوسين القلبي) أو عضلة القلب (محفز الميوسين القلبي) أو الخلايا العصبية (محفز إنوليز) أو الظهارة (محفز السيتوكيراتين).

الصورة 2. يستخدم الانتقاء الإيجابي السلبي لإثراء الخلايا الجذعية الجنينية التي تحتوي على تعطيل مستهدف للجين. في كل من الاستهداف الجيني (أ) والتكامل العشوائي (ب)يُظهر الخط العلوي ناقل الاستهداف ، والوسطى يُظهر الجين الكروموسومي ، والجزء السفلي يُظهر الجين المعدل. تحتوي الجينات المستهدفة عن طريق إعادة التركيب المتماثل على عنصر R الجديد ولكن ليس HSV-tk ، حيث أن الأخير يتواجد خارج التسلسلات في ناقل الاستهداف المتماثل مع التسلسلات في الجين الكروموسومي. في المقابل ، ينتج عن التكامل العشوائي للمتجه إدخال HSV-tk وكذلك neo R. تحدد طرق الفرز بشكل إيجابي للنسخ الإيجابية الجديدة R وتجاهل تلك المستنسخات الجديدة R + التي تحمل HSV-tk.

يمكن أيضًا التحكم في تعبير Cre مؤقتًا ، عن طريق إدخال عنصر في المحفز الذي يتطلب رابطًا مثل دواء للتحريض [47]. تم استخدام كل من التتراسيكلين والنوع الأول من الإنترفيرون والتاموكسيفين (الذي يرتبط بعنصر ربط مستقبلات هرمون الاستروجين) للحصول على المروجين المحفز للأدوية. بهذه الطريقة ، يمكن استهداف الجين المرغوب بإعطاء الدواء. من خلال إدخال موقع عقار تاموكسيفين في محفز خاص بالأنسجة ، يمكن الحصول على استهداف الجينات بشكل انتقائي في أنسجة معينة عند معالجة الفأر بالدواء.

يمكن أيضًا استخدام تقنية Cre-lox لاستبدال الجين الموجود بآخر [48]. تم استخدام Such & # 8220knock-in & # 8221 على سبيل المثال لاستبدال الجينات المناعية للفئران أو الجينات MHC بجينات بشرية من أجل & # 8220 إضفاء الطابع الإنساني & # 8221 على الماوس فيما يتعلق بوظيفة المناعة. وقد تم استخدامه أيضًا لاستبدال أليل بآخر ، على سبيل المثال كونه أليلًا يشتبه في أنه يسبب المرض.

أهمية استهداف الجينات لعلم وظائف الأعضاء والطب

أدى الاستهداف الجيني إلى تغيير الطب العلمي من خلال السماح بالاختبار التجريبي للفرضيات المتعلقة بوظيفة جينات معينة. قبل استهداف الجينات ، تم استنتاج فهمنا لدور الجينات في الكائنات الحية الأعلى من ملاحظات الطفرات العفوية في المرضى وحيوانات التجارب ، ودراسات الارتباط والارتباط ، وإعطاء منتجات الجينات للحيوانات ، وإلى حد ما ، من تجارب زراعة الخلايا. ومع ذلك ، فإن زراعة الخلايا ليست مفيدة لفهم الوظائف والأمراض التي تنطوي على استجابات تكاملية متعددة الخلايا. كانت الأفكار المتعمقة في أنظمة الأعضاء مثل الجهاز العصبي ونظام القلب والأوعية الدموية والجهاز المناعي مجزأة في أحسن الأحوال ، وكذلك المعرفة بتطور الثدييات. كما قال عالم فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية هيمو إهمكي ، & # 8220 الخلايا لا تعاني من ضغط الدم & # 8221 [49]. إن إمكانية مراقبة التأثيرات على الكائن الحي السليم لتدمير الجين المرشح قد حولت مجالات البحث هذه. على سبيل المثال ، تحول علماء فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية من الفئران إلى الفئران كنماذج ، وقلصوا أدواتهم وتقنياتهم من أجل دراسة التنظيم الجيني لديناميكا الدم. وُلد عصر جديد من علم وظائف الأعضاء الوراثي.

تحتوي جينومات الإنسان والفأر على حوالي 22400 جين. تم بالفعل فحص عدة آلاف منهم عن طريق الاستهداف الجيني. بشكل جماعي ، قدمت هذه الدراسات ثروة من المعلومات حول وظيفة الجينات في التنمية والمرض. لقد ساعدوا في دمج علم الأحياء الجزيئي الميكانيكي مع علوم الحياة التكاملية مثل علم الأجنة وعلم وظائف الأعضاء وعلم المناعة ودفعوا بتطورات تقنية جديدة في العلوم الفسيولوجية. بالنسبة للطب ، كانت نمذجة الأمراض البشرية عن طريق استهداف الجينات في الفئران مفيدة بشكل خاص.

في هذه المرحلة ، قد يكون من المفيد تلخيص المعايير التي اقترحها لأول مرة كلود برنارد للطريقة العلمية في الطب [50]: يستخدم علماء الطب الملاحظات والفرضيات والاستنتاجات لاقتراح تفسيرات ونظريات للظواهر الطبيعية. يتم اختبار التنبؤات من هذه النظريات بالتجربة. أي نظرية مقنعة بما يكفي لعمل تنبؤات يمكن اختبارها بشكل متكرر بهذه الطريقة. لذلك ، فإن الطريقة العلمية هي في الأساس وسيلة حذرة لبناء فهم داعم وقائم على الأدلة لعالمنا الطبيعي. التجارب حاسمة في هذه العملية.

قبل استهداف الجينات ، كان الطب الوراثي يفتقر إلى وسائل الاختبار التجريبي. إذا أجرينا تشابهًا مع نهج Robert Koch & # 8216s للأمراض المعدية [51] ، يمكن للطب الوراثي تطبيق أول افتراضات Koch & # 8217s (أي ملاحظة ارتباط بين الميكروب ، أو في هذه الحالة ، الجين أو الأليل ، والمرض) و مع ظهور الاستنساخ الجيني ، الثاني (عزل الميكروب / الجين عن الفرد المصاب وتثبيته في الثقافة) ، ولكن تطبيق افتراض كوخ الثالث (تحفيز المرض عن طريق نقل الميكروب / الجين إلى كائن حي مضيف) مطلوب استهداف الجينات. عن طريق تحوير الجين لتدمير وظيفته (الضربة القاضية) أو تحويله إلى أليل مرتبط بالمرض (الضربة القاضية) ، يحدث المرض إذا كانت الفرضية صحيحة.يجري حاليًا تطوير مناهج بديلة تعتمد على علم الأوبئة الجينية ، لكن الأساليب المتاحة حاليًا لا تتمتع بدقة التجارب القائمة على الفرضيات. قد يكون هذا الاستطراد في النظرية العلمية كافياً لإثبات أنه من خلال استهداف الجينات المرشحة فقط أصبح من الممكن إثبات العلاقة السببية بين الجين والمرض. دعونا الآن نلقي نظرة على بعض الأمثلة المحددة لتأثير استهداف الجينات في الطب.

الشكل 3. الدليل الجيني الجزيئي لانتقال السلالة الجرثومية لجين HPRT الذي تم إصلاحه. من المرجع [39]. تُظهر اللطخة الجنوبية الحمض النووي الجيني المهجن إلى مسبار محدد لتسلسل في ناقل الاستهداف. كانت الخلايا الجذعية الجنينية من الفئران agouti ، والكيسات الأريمية من الفئران السوداء وجين HPRT موجود على الكروموسوم X. كان الورم من فأر كيميري يحمل الجين المستهدف ، وكذلك خط الخلايا الجذعية الجنينية المستهدفة. في نسل F1 ، حملت إناث الفئران المستمدة من الخلايا الجذعية الجنينية المستهدفة جين HPRT المستهدف ، بينما لم تكن موجودة في الفئران السوداء المشتقة من الكيسات الأريمية المتلقية ولا في ذكور الفئران. يُظهر الجزء السفلي استراتيجية الاستهداف ، مع طفرة الحذف في جين HPRT (أ) ، وبناء الاستهداف (ب) ، وجين HPRT المصحح عن طريق استهداف الجينات (ج) ، والمسبار (19 *) المستخدم للتهجين (د). ). أعيد طبعه بإذن من وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. حقوق النشر 1989 الأكاديمية الوطنية للعلوم ، الولايات المتحدة الأمريكية.

أمراض أحادية الجين

كان المجال الأول الذي وجه علماء الوراثة التجريبية انتباههم إليه بعد ولادة استهداف الجينات في الثدييات هو الأمراض أحادية الجين. ال متلازمة ليش نيهان، استقلاب النوكليوتيدات المعيب الناجم عن طفرة في جين HPRT ، كان في الواقع بمثابة حالة نموذجية أثناء تطوير التكنولوجيا ، في كل من مختبرات Evans & # 8217 و Smithies & # 8217 (انظر أعلاه). كان أحد أسباب اختيار هذه الحالة الطبية الخاصة هو أن شروط الاختيار لعزل الخلايا المنقولة كانت متاحة لـ HPRT. كان الفحص الأول لفئران HPRT مخيبا للآمال حيث أنه لا يمكن ملاحظة السمات المرضية العصبية أو السلوكية للمرض البشري [21 ، 39]. أدى هذا إلى تحليل مسارات إنقاذ البيورين في الفئران وأدى إلى النتائج التي تفيد بأن الفئران تعتمد بشكل كبير على الأدينين فوسفوريبوسيل ترانسفيراز (APRT) لإنقاذ البيورين وبالتالي فهي ليست حساسة لنقص HPRT مثل البشر. أدت إدارة مثبط APRT إلى الفئران HPRT إلى إحداث سلوك ضار بالنفس مستمر يشبه السمات السريرية في المرض الذي يصيب الإنسان [52]. هذا توضيح للحاجة إلى تحليل متطور للوظائف التكاملية عند توصيف النمط الظاهري للفئران المستهدفة بالجينات.

التليف الكيسي هو أحد أكثر الأمراض أحادية الجين شيوعًا وقد تم اختياره لدراسات استهداف الجينات بواسطة سميثيز وزملاؤه [53 ، 54]. تم تحديد الجين المعيب من خلال دراسات الارتباط في أسر المرضى متبوعة بالاستنساخ الجزيئي. اتضح أنها قناة choride يتم تنشيطها بواسطة cAMP وتم تسميتها بمنظم التوصيل عبر الغشاء في التليف الكيسي (CFTR). من خلال القضاء على CFTR في الفئران ، نشأت حالة أعادت إنتاج العديد من سمات المرض البشري. وهكذا ، أظهر CFTR - / - متجانسة الزيجوت نقل الكلوريد المعيب في ظهارة المسالك الهوائية والأمعاء ، والفشل في النمو ، والعلوص العقي ، والتغيرات المرضية في الغدد المعوية. كانت هذه الدراسات من بين أولى الدراسات التي ابتكرت نموذجًا لمرض بشري عن طريق استهداف الجينات في الفئران. لقد تبعهم انهيار جليدي لمثل هذه النماذج الضربة القاضية.

التسبب في أمراض القلب الموروثةتم استكشافها بنجاح من خلال مناهج استهداف الجينات [55 ، 56]. على سبيل المثال ، استهداف مكونات ترميز الجينات للجهاز الانقباضي في خلايا عضلة القلب يؤدي إلى حدوث طفرات مستهدفة في اعتلال عضلة القلب في بروتينات connexin من وصلات الفجوة تسبب عيوبًا في التوصيل الجينات المعطلة لعوامل النسخ المتضمنة في نمو القلب تؤدي إلى تشوهات القلب الخلقية واستهداف الجينات التي تتحكم في استقلاب الطاقة. اعتلال عضلة القلب.

أمراض معقدة

تمثل الأمراض المعقدة التي تنطوي على عمل أكثر من جين واحد ، بالإضافة إلى التفاعلات بين الجينات والبيئة ، تحديًا خاصًا للبحث الطبي. عادة ما يكون الوراثة والاختراق والتفاعلات غير مفهومة جيدًا ، وكان من الصعب تشريح مساهمة عامل وراثي فردي ، وكان التمييز بين السببية والارتباط مشكلة. من أجل إثبات السببية في مثل هذا النظام المعقد ، يجب أن تسمح التجارب باكتشاف آثار تغيير متغير واحد فقط في وقت واحد. جعل استهداف الجينات مثل هذه التجارب ممكنة وسمح بإثبات السببية في الأمراض المعقدة.

أمراض القلب والأوعية الدموية

كان أوليفر سميثيز هو الرائد في هذا التطور. جنبا إلى جنب مع نوبويو مايدا ، ركز على اثنين من الأمراض المعقدة الهامة ، ارتفاع ضغط الدم وتصلب الشرايين (تمت المراجعة في [57]). تشير الدراسات التوأم إلى أن العوامل الوراثية قد تمثل حوالي 70 ٪ من التجمع العائلي لـ ارتفاع ضغط الدم الأساسي. ومع ذلك ، فقد ثبت أن 10 جينات على الأقل تغير ضغط الدم ويبدو أن منتجاتها الجينية تتفاعل بطرق معقدة. على الرغم من اكتشاف أن تعدد الأشكال الجيني لمولد الأنجيوتنسين (AGT) مرتبط بارتفاع ضغط الدم الأساسي ، إلا أن الجينات الوراثية لهذا المرض ظلت غير مفهومة جيدًا [58]. لا يُعرف سوى القليل عن عدد الجينات المشاركة فعليًا في ارتفاع ضغط الدم الأساسي البشري ، أو تأثيرها الكمي على ضغط الدم ، أو طريقة انتقالها ، أو تفاعلها مع الجينات والمكونات البيئية الأخرى.

اشتبه سميثيز في أن تأثيرات جرعة الجينات ستؤثر على مستويات ضغط الدم وصمم طريقة جديدة لمعايرة جرعة الجين عن طريق إنتاج الفئران بنسخة وظيفية واحدة أو نسختين أو ثلاث من جين AGT [59]. تم استخدام الاستهداف الجيني & # 8220Conventional & # 8221 لإنتاج الفئران من نسخة واحدة ونسختين واستهداف جين لإصلاح الفجوات لإنتاج الفئران بثلاث نسخ من جين AGT. أدى ذلك إلى مستويات أعلى نسبيًا من المنتجات الجينية (أي بروتين أنجيوتنسين في البلازما) ، والأهم من ذلك ، ارتفاع ضغط الدم نسبيًا مع زيادة عدد نسخ الجينات. عندما سميثيز وآخرون استهدفت جينًا مهمًا آخر لتنظيم ضغط الدم ، وهو الترميز الوحيد للإنزيم المحول للأنجيوتنسين (ACE) ، ولم تتم ملاحظة مثل هذه العلاقة الخطية ، على الرغم من فعالية مثبطات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين في خفض ضغط الدم. قدم الباحثون بياناتهم لمحاكاة حاسوبية لأنظمة تفاعل معقدة ويمكنهم اقتراح نموذج للتحكم في ضغط الدم من خلال نظام الرينين-أنجيوتنسين ، والذي ثبت أنه مفيد لفهم ارتفاع ضغط الدم الأساسي [60]. إنه يوضح أن جرعة الجينات ، والتعبير الجيني ، وإزالة / تقويض المنتج الجيني يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند تقييم التنظيم الجيني لضغط الدم.

في عام 1992 ، طور Nobuyo Maeda ، الذي يعمل في قسم Smithies & # 8217 بجامعة نورث كارولينا ، نموذجًا من الفئران تصلب الشرايين عن طريق استهداف جين صميم البروتين الشحمي E (أبوي) [61]. تم استهداف نفس الجين بشكل مستقل من قبل الباحثين في جامعة روكفلر [62]. ال أبوي - / - يصاب الفأر بتصلب الشرايين العفوي الذي يشبه بشكل ملحوظ الأمراض التي تصيب الإنسان. في العام التالي ، استهدف مايكل براون وجوزيف غولدشتاين (جائزة نوبل عام 1985 للاكتشافات المتعلقة باستقلاب الكوليسترول) وزملاؤهما الجين لمستقبل البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) (Ldlr) وحصلوا على فأر يصاب بتصلب الشرايين عندما يتغذى على نظام غذائي غني بالكوليسترول [63]. إدخال نموذجين للماوس مع عيب أبوي و Ldlr لقد غيرت الجينات بالكامل أبحاث تصلب الشرايين. من خلال تهجينهم مع الفئران الأخرى المستهدفة جينيًا ، كان من الممكن استنتاج أهمية الجينات التي تنظم الالتهاب ، واستقلاب الدهون ، وضغط الدم ، وعوامل أخرى يُقترح أن تكون متورطة في أمراض القلب والأوعية الدموية لتصلب الشرايين [64]. كما أنها تُستخدم بكثرة في صناعة الأدوية لتطوير واختبار عقاقير جديدة ضد مرض الشريان التاجي.

سرطان

كان استهداف الجينات مفيدًا بشكل استثنائي في أبحاث السرطان. تم استهداف عدد كبير من الجينات البروتونية والجينات الكابتة للورم والعوامل الوراثية وغيرها في أنسجة مختلفة في الفئران لإلقاء الضوء على تحريض وانتشار الأورام [65]. ساعد الاستهداف الجيني للجينات الكابتة للورم في توضيح دورها في تكوين الأورام. على سبيل المثال ، الفئران التي تحمل الجين p53 كانت مهيأة لتطور الورم [66]. الاستهداف المشروط (باستخدام تقنية Cre-lox) لجين داء القولون الغدي (APC) يحفز أورام القولون والمستقيم في الفئران ، وقد أصبحت الفئران المستهدفة لـ APC نماذج مفيدة للبحث في الأورام الصلبة [67]. كان استهداف الجينات لعوامل النمو البطانية والإنزيمات المحللة للبروتين ضروريًا لفهم آليات تكوين الأوعية الجديدة والورم الخبيث للأورام الصلبة ، كما تُستخدم أيضًا لتطوير استراتيجيات علاجية لمنع الانتشار [68].

أمراض أخرى

تتضمن الأبحاث المعاصرة في معظم الأمراض البشرية الرئيسية ، إن لم يكن جميعها ، استهداف الجينات في الفئران ، وهناك & # 8220 نماذج خروج المغلوب & # 8221 لاضطرابات الغدد الصماء والتمثيل الغذائي والعصبي والتهابات وغيرها. كما أصبحت نماذج الفئران المستهدفة الجينات ذات أهمية متزايدة في دراسات دفاع المضيف ضد مسببات الأمراض. في الواقع ، أصبحت الفئران المستهدفة بالجينات لا غنى عنها في جميع جوانب البحث الطبي تقريبًا.

الاستنتاجات

لقد أحدث استهداف الجينات تحولا في علم وظائف الأعضاء والطب. من بين العلوم الطبية الحيوية الأساسية ، من الصعب تخيل البحث الطبي المعاصر دون استخدام نماذج تستهدف الجينات. أدت القدرة على توليد طفرات مصممة يمكن التنبؤ بها في جينات الفأر إلى اختراق رؤى جديدة في التنمية ، وعلم المناعة ، وعلم الأعصاب ، وعلم وظائف الأعضاء ، والتمثيل الغذائي. وقد سمح أيضًا بتكوين نماذج مرضية لأمراض بشرية في نظام ثديي يمكن تتبعه ، وبالتالي مكّن تشريحًا تجريبيًا لحالات المرض ، وتحديد أهداف علاج جديدة وتطوير أنظمة اختبار لعلم الأدوية. أخيرًا ، من الواضح أن تطوير علاجات جديدة في المستقبل لتصحيح العيوب الجينية لدى الإنسان سوف يعتمد على تجربة تعديل الجينات في الفئران التي تستند إلى الاكتشافات التي قام بها ماريو كابيتشي ومارتن إيفانز وأوليفر سميثيز.

جوران ك. هانسون
أستاذ أبحاث القلب والأوعية الدموية في Karolinska Institutet
عضو لجنة نوبل لعلم وظائف الأعضاء أو الطب

مراجع
[1] Askanazy M. Die Teratome nach ihrem Bau، ihrem Verlauf، ihrer Genese und im Vergleich zum experienceellen Teratoid. فيرهاندل دويتش باثول. 190711: 39-82.
[2] Stevens LC، Little، C. C. التراتومة العفوية للخصية في سلالة فطرية من الفئران. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 195440: 1080-7.
[3] ستيفنز إل سي. الفاعلية الجنينية للأجسام الجنينية المستمدة من ورم مسخي في الخصية قابل للزرع في الماوس. ديف بيول. 19602: 285-97.
[4] كلاينسميث إل جيه ، بيرس ، ج. ب. تعدد إمكانات خلايا سرطان جنينية مفردة. الدقة السرطان. 196424: 1544-52.
[5] Rosenthaal MD، Wishnow، R.M، Sato، G.H. النمو في المختبر والتمايز بين المجموعات النسيليّة لخلايا الفأر متعددة الإمكانات المشتقة من الورم المسخي الخصوي القابل للزرع. معهد السرطان ناتل ي. 197044: 1001-14.
[6] كاهان بي دبليو ، إفروسي ، ب.الإمكانيات التطورية للزراعة المستنسخة في المختبر للورم المسخي في خصية الفأر. معهد السرطان ناتل ي. 197044: 1015-36.
[7] إيفانز إم جي. عزل وخصائص سلالة استنساخ الأنسجة من خلايا الورم المسخي في الفئران. J امبريول أكسب مورفول. 197228: 163-76.
[8] Martin GR ، Evans ، M.J. التشكل ونمو خط الخلايا السرطانية المسخية ومشتقاته في زراعة الأنسجة. زنزانة. 19742: 163-72.
[9] Martin GR ، Evans ، M.J. التمايز بين الخطوط النسيليّة لخلايا السرطانات المسخية: تكوين أجسام جنينية في المختبر. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 197572: 1441-5.
[10] Papaioannou VE، McBurney، M.، Gardner، R.L.، Evans، M.J. مصير الخلايا السرطانية المسخية المحقونة في أجنة الفئران المبكرة. طبيعة سجية. 1975258: 70-3.
[11] Brinster R. J Exp Med.104: 1049-56.
[12] Mintz B، Illmensee K. فئران فسيفساء وراثية طبيعية منتجة من خلايا سرطانية خبيثة. Proc Natl Acad Sci U S A. 197572: 3585-9.
[13] Stinnakre MG، Evans، M.J.، Willison، K.R.، Stern، P.L. التعبير عن مستضد فورسمان في جنين الفأر بعد الزرع. J امبريول أكسب مورفول. 198161: 117-31.
[14] إيفانز إم جي. الفأر الثقافي. نات ميد. 20017: 1081-3.
[15] إيفانز إم جي ، كوفمان ، إم إتش. إنشاء في ثقافة خلايا متعدد الكوامن من أجنة الفئران. طبيعة سجية. 1981292: 154-6.
[16] Martin GR. عزل خط الخلية متعدد القدرات من أجنة الفئران المستزرعة في وسط مشروط بالخلايا الجذعية السرطانية المسخية. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 198178: 7634-8.
[17] برادلي إيه ، إيفانز ، إم ، كوفمان ، إم إتش ، روبرتسون ، إي. طبيعة سجية. 1984: 255-6.
[18] إيفانز إم جي ، برادلي ، إيه ، كوين ، إم آر ، روبرتسون ، إي. قدرة خلايا EK على تكوين خمائر بعد اختيار الحيوانات المستنسخة في G418 وبعض الملاحظات على تكامل DNA الناقل الفيروسي في خلايا EK. كولد سبرينغ هارب سيمب كوانت بيول. 198550: 685-9.
[19] روبرتسون إي ، برادلي ، أ ، كوهن ، إم ، إيفانز ، إم. انتقال الخط الجرثومي للجينات التي تم إدخالها إلى الخلايا متعددة القدرات المستزرعة بواسطة ناقلات الفيروسات القهقرية. طبيعة سجية. 1986323: 445-8.
[20] Gossler A، Doetschman، T.، Korn، R.، Serfling، E.، Kemler. ج. التحوير عن طريق سلالات الخلايا الجذعية الجنينية المشتقة من الكيسة الأريمية. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 198683: 9065-9.
[21] Kuehn MR ، Bradley A ، Robertson EJ ، Evans MJ. نموذج حيواني محتمل لمتلازمة ليش-نيهان من خلال إدخال طفرات HPRT في الفئران. طبيعة سجية. 1987326: 295-8.
[22] Hooper M و Hardy K و Handyside A و Hunter S و Monk M. طبيعة سجية. 1987326: 292-5.
[23] Thomas KR، Folger، K.R.، Capecchi، M.R. استهداف الجينات عالي التردد لمواقع محددة في جينوم الثدييات. زنزانة. 198644: 419-28.
[24] Smithies O ، Gregg ، R.G ، Boggs ، S. S. ، Doralewski ، M.A ، Kucherlapati ، R. S. طبيعة سجية. 1985317: 230-4.
[25] Jaenisch R، Mintz B. Simian virus 40 تسلسل DNA في الحمض النووي لفئران بالغة سليمة مستمدة من الكيسات الأريمية قبل الزرع المحقونة بالحمض النووي الفيروسي. Proc Natl Acad Sci U S A. 197471: 1250-4.
[26] Jaenisch R. تكامل سلالة الجرثومية لفيروس ابيضاض الدم مولوني: تأثير تماثل الزيجوت في موضع m-mulV. زنزانة. 197712: 691-6.
[27] Palmiter RD، Brinster RL. الفئران المعدلة وراثيا. زنزانة. 198541: 343-5.
[28] ويجلر إم ، سيلفرشتاين إس ، لي إل إس ، بيليسر إيه ، تشينج واي ، أكسل ر. نقل جين ثيميدين كيناز لفيروس الهربس المنقى إلى خلايا الفئران المستزرعة. زنزانة. 197711: 223-32.
[29] Capecchi MR. تحويل عالي الكفاءة عن طريق الحقن المجهري المباشر للحمض النووي في خلايا الثدييات المستزرعة. زنزانة. 198022: 479-88.
[30] Gordon JW، Scangos، GA، Plotkin، D.J.، Barbosa، J.A.، Ruddle، F.H. التحول الجيني لأجنة الفئران عن طريق الحقن المجهري للحمض النووي المنقى. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 198077: 7380-4.
[31] Folger KR، Wong، E.A.، Wahl، G.، Capecchi، M.R. أنماط تكامل الحمض النووي المجهري المحقون في خلايا الثدييات المستزرعة: دليل على إعادة التركيب المتماثل بين جزيئات DNA البلازميد المحقونة. مول الخلية بيول. 19822: 1372-87.
[32] Capecchi MR. توليد الفئران مع الطفرات المستهدفة. نات ميد. 20017: 1086-90.
[33] سميثيز أو ، كونيل ، جنرال إلكتريك ، ديكسون ، ج. إعادة ترتيب الكروموسومات وتطور جينات الهابتوغلوبين. طبيعة سجية. 1962196: 232-6.
[34] Slightorn JL، Blechl، A.E.، Smithies، O. Human الجنين Gg و Ag globin الجينات: تشير تسلسلات النوكليوتيدات الكاملة إلى أنه يمكن تبادل الحمض النووي بين هذه الجينات المضاعفة. زنزانة. 198021: 627-38.
[35] Doetschman T، Gregg، R.G.، Maeda، N.، Hooper، M.L.، Melton، DW، Thompson، S.، Smithies، O. التصحيح المستهدف لجين HPRT متحور في الخلايا الجذعية الجنينية للفأر. طبيعة سجية. 1987330: 576-8.
[36] Thomas KR، Capecchi، M.R. الطفرات الموجهة بالموقع عن طريق استهداف الجينات في الخلايا الجذعية المشتقة من أجنة الفئران. زنزانة. 198751: 503-12.
[37] منصور إس إل ، توماس ، ك.ر. ، كابيتشي ، إم آر تعطيل الجين الورمي الأولي int-2 في الخلايا الجذعية المشتقة من أجنة الفئران: استراتيجية عامة لاستهداف الطفرات للجينات غير القابلة للاختيار. طبيعة سجية. 1988336: 348-52.
[38] طومسون إس ، كلارك إيه آر ، بو إيه إم ، هوبر إم إل ، ميلتون دي دبليو. انتقال الخط الجرثومي والتعبير عن جين HPRT المصحح الناتج عن استهداف الجينات في الخلايا الجذعية الجنينية. زنزانة. 198956: 313-21.
[39] Koller BH و Hagemann LJ و Doetschman T و Hagaman JR و Huang S و Williams PJ وآخرون. انتقال الخط الجرثومي لتعديل مخطط تم إجراؤه في جين ناقلة فوسفوريبوزيل هيبوكسانثين عن طريق إعادة التركيب المتماثل في الخلايا الجذعية الجنينية. Proc Natl Acad Sci U S A. 198986: 8927-31.
[40] Zijlstra M ، Li E ، Sajjadi F ، Subramani S ، Jaenisch R. انتقال الخط الجرثومي لجين بيتا 2-ميكروغلوبولين المعطل الناتج عن إعادة التركيب المتماثل في الخلايا الجذعية الجنينية. طبيعة سجية. 1989342: 435-8.
[41] Thomas KR، Capecchi، M.R. التعطيل المستهدف للجين البروتوني في الفئران int-1 مما أدى إلى تشوهات شديدة في تطور الدماغ المتوسط ​​والمخيخ. طبيعة سجية. 1990346: 847-50.
[42] لاكسو إم ، سوير بي ، موسينجر بي ، جونيور ، لي إي جيه ، مانينغ آر دبليو ، يو إس إتش ، وآخرون. تنشيط الجينات الورمية المستهدفة عن طريق إعادة التركيب الخاص بالموقع في الفئران المعدلة وراثيا. Proc Natl Acad Sci U S A. 199289: 6232-6.
[43] Orban PC، Chui D، Marth JD. إعادة تركيب الحمض النووي للأنسجة والموقع في الفئران المعدلة وراثيًا. Proc Natl Acad Sci U S A. 199289: 6861-5.
[44] Gu H ، Zou YR ، Rajewsky K. التحكم المستقل في إعادة تركيب تبديل الجلوبيولين المناعي في مناطق التبديل الفردية يتضح من خلال استهداف الجينات بوساطة Cre-loxP. زنزانة. 199373: 1155-1164.
[45] براندا سي إس ، ديميكي إس إم. الحديث عن ثورة: تأثير إعادة التركيب الخاصة بالموقع على التحليلات الجينية في الفئران. خلية التطوير. 20046: 7-28.
[46] Gu H، Marth JD، Orban PC، Mossmann H، Rajewsky K. حذف قطعة جين بيتا DNA polymerase في الخلايا التائية باستخدام استهداف الجينات الخاصة بنوع الخلية. علم. 1994265: 103-6.
[47] Kuhn R ، Schwenk F ، Aguet M ، Rajewsky K. استهداف الجينات المحرض في الفئران. علم. 1995269: 1427-9.
[48] ​​Zou YR، Muller W، Gu H، Rajewsky K. Cre-loxP-mediation استبدال الجين: سلالة فأر تنتج أجسامًا مضادة متوافقة مع البشر. كور بيول. 19944: 1099-103.
[49] استهداف جين Ehmke H. Mouse في فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية. أنا J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2003284: R28-R30.
[50] برنارد سي. مقدمة عن & # 8217étude de la médecine expérimentale. باريس: بيليير 1865.
[51] Koch R. Die Aetiologie der Tuberkulose. في: Schwalbe J ، ed. Gesammelte Werke فون روبرت كوخ. لايبزيغ: جورج ثيم 1884: 428-55.
[52] وو سي إل ، ميلتون دي دبليو. إنتاج نموذج لمتلازمة ليش-نيهان في الفئران التي تعاني من نقص فوسفوريبوزيل ترانسفيراز. نات جينيه. 19933: 235-40.
[53] Clarke LL ، Grubb BR ، Gabriel SE ، Smithies O ، Koller BH ، Boucher RC. نقل الكلوريد الظهاري المعيب في نموذج الفأر الموجه للجينات للتليف الكيسي. علم. 1992257: 1125-8.
[54] Snouwaert JN، Brigman KK، Latour AM، Malouf NN، Boucher RC، Smithies O، et al. نموذج حيواني للتليف الكيسي بواسطة الاستهداف الجيني. علم. 1992257: 1083-8.
[55] كريستنسن جي ، تشين ، جيه ، روس ، جيه ، شين ، كي آر. نماذج لأمراض القلب والأوعية الدموية البشرية. في: Chein KR، ed. الأساس الجزيئي لأمراض القلب والأوعية الدموية. الطبعة الثانية. إد. فيلادلفيا: سوندرز 2004: 72-106.
[56] وانج جي ، ويلهيلمسون ، إتش ، غراف ، سي ، لي ، إتش ، أولدفورس ، إيه ، روستين ، بي ، برونينج ، جي سي ، كان ، سي آر ، كلايتون ، دي إيه ، بارش ، جي إس ، ثورين ، بي . ، لارسون ، ن. تمدد عضلة القلب وكتل التوصيل الأذيني البطيني الناجم عن تعطيل خاص بالقلب للتعبير الجيني للحمض النووي للميتوكوندريا. علم الوراثة الطبيعي. 199921: 73-7.
[57] Smithies O ، Maeda ، N. نهج استهداف الجينات للأمراض الوراثية المعقدة: تصلب الشرايين وارتفاع ضغط الدم الأساسي. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 199592: 5266-72.
[58] Jeunemaitre X و Soubrier F و Kotelevtsev YV و Lifton RP و Williams CS و Charru A وآخرون. الأساس الجزيئي لارتفاع ضغط الدم البشري: دور مولد الأنجيوتنسين. زنزانة. 199271: 169-80.
[59] سميثيز أو ، كيم ، إتش. الازدواجية الجينية المستهدفة وتعطيلها لتحليل الصفات الوراثية الكمية في الفئران. Proc Natl Acad Sci (الولايات المتحدة الأمريكية). 199491: 3612-5.
[60] Smithies O ، Kim HS ، Takahashi N ، Edgell MH. أهمية الاختلافات الجينية الكمية في مسببات ارتفاع ضغط الدم. الكلى Int. 200058: 2265-80.
[61] Zhang SH، Reddick، R.L.، Piedrahita، J.A.، Maeda، N. Science. 1992258: 468-71.
[62] Plump AS ، و Smith JD ، و Hayek T ، و Aalto-Setala K ، و Walsh A ، و Verstuyft JG ، وآخرون. فرط كوليسترول الدم الشديد وتصلب الشرايين في الفئران التي تعاني من نقص البروتين الشحمي E الناتجة عن إعادة التركيب المتماثل في الخلايا الجذعية الجنينية. زنزانة. 199271: 343-53.
[63] Ishibashi S، Brown MS، Goldstein JL، Gerard RD، Hammer RE، Herz J. Hypercholesterolemia في الفئران منخفضة الكثافة لمستقبلات البروتين الدهني وانعكاسها عن طريق توصيل الجينات بوساطة الفيروس الغدي. ياء كلين إنفست. 199392: 883-93.
[64] هانسون جي ك. التهاب وتصلب الشرايين، ومرض الشريان التاجي. إن إنجل جي ميد. 2005352: 1685-95.
[65] Tarantul VZ. الفئران المعدلة وراثيا كنموذج في الجسم الحي للتكوين اللمفاوي. القس الدولي Cytol. 2004236: 123-80.
[66] Donehower LA ، و Harvey M ، و Slagle BL ، و McArthur MJ ، و Montgomery CA ، و Jr. ، و Butel JS ، وآخرون. الفئران التي تعاني من نقص البروتين p53 طبيعية من الناحية التطورية ولكنها عرضة للأورام العفوية. طبيعة سجية. 1992356: 215-21.
[67] شيباتا إتش ، توياما ك ، شيويا إتش ، إيتو إم ، هيروتا إم ، هاسيغاوا إس ، وآخرون. بدأ تكوين الورم الحميد القولون والمستقيم السريع عن طريق الاستهداف المشروط لجين Apc. علم. 1997278: 120-3.
[68] Carmeliet P، Jain RK. الأوعية الدموية في السرطان وأمراض أخرى. طبيعة سجية. 2000407: 249-57.

للاستشهاد بهذا القسم
أسلوب MLA: معلومات متقدمة. NobelPrize.org. جائزة نوبل للتواصل AB 2021. Tue. 22 يونيو 2021. & lth https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2007/advanced-information/>

يتعلم أكثر

جوائز نوبل 2020

حصل اثنا عشر فائزًا على جائزة نوبل في عام 2020 ، عن الإنجازات التي منحت أكبر فائدة للبشرية.

تتراوح أعمالهم واكتشافاتهم من تشكيل الثقوب السوداء والمقصات الجينية إلى جهود مكافحة الجوع وتطوير أشكال جديدة للمزادات.


الحياة متعددة الخلايا تتطور في المختبر

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

يريد البنتاغون استخدام ألعاب الفيديو لمراقبة الجنود & # 39 الصحة العقلية الصورة: Remy Free / Flickr

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

حدث التحول التطوري الذي استغرق عدة مليارات من السنين ليحدث في الطبيعة في المختبر ، واحتاج إلى 60 يومًا فقط.

تحت الضغط الاصطناعي لتصبح الخميرة وحيدة الخلية كائنات متعددة الخلايا. هذه الخطوة الحاسمة هي المسؤولة عن تقدم الحياة بعد الطحالب والبكتيريا ، وعلى الرغم من أن العمل الأخير لا يكرر التحولات ما قبل التاريخ ، إلا أنه يمكن أن يساعد في الكشف عن المبادئ التي توجهها.

& quot هذا في الواقع بسيط. لا يحتاج الأمر إلى تعقيد غامض أو الكثير من الأشياء التي افترضها الناس - جينات خاصة ، وجينوم ضخم ، وظروف غير طبيعية للغاية ، كما قال عالم الأحياء التطورية مايكل ترافيسانو من جامعة مينيسوتا ، والمؤلف المشارك لدراسة يناير. 17 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

في الدراسة الجديدة ، قام باحثون بقيادة ترافيسانو وويليام راتكليف بزراعة خميرة الخميرة و # x27s ، وهي كائن شائع وحيد الخلية ، في قوارير من المرق الغني بالمغذيات.

مرة واحدة في اليوم ، قاموا بهز القوارير ، وإزالة الخميرة التي استقرت بسرعة في القاع ، واستخدموها لبدء مزارع جديدة. تُركت الخميرة الحرة العائمة وراءها ، بينما نجت الخميرة التي تجمعت في كتل ثقيلة وسريعة السقوط لتتكاثر.

في غضون أسابيع قليلة فقط ، كانت خلايا الخميرة الفردية لا تزال تحتفظ بهوياتها الفردية ، ولكنها تتجمع معًا بسهولة. في نهاية شهرين ، كانت الكتل ترتيبًا دائمًا. لقد تطورت كل سلالة لتصبح متعددة الخلايا حقًا ، وتعرض جميع الميول المرتبطة بأشكال الحياة & quothigher & quot: تقسيم العمل بين الخلايا المتخصصة ، ومراحل حياة الأحداث والبالغين ، والنسل متعدد الخلايا.

"تعدد الخلايا هو أقصى درجات التعاون" ، كما قال ترافيسانو ، الذي يريد أن يفهم كيف ينشأ التعاون في الكائنات الحية المتنافسة بأنانية. & quot تشكل الخلايا المتعددة فردًا يتعاون لصالح الكل. في بعض الأحيان تتخلى الخلايا عن قدرتها على التكاثر لصالح الأقارب المقربين. & quot

منذ أواخر التسعينيات ، حاولت دراسات التطور التجريبية إحداث تعددية الخلايا في البيئات المختبرية. في حين أن بعض الكيانات الرائعة قد تطورت - يتكيف ريتشارد لينسكي & # x27s بشكل متغير بكتريا قولونية، Paul Rainey & # x27s الأغشية الحيوية البكتيرية المرئية للعين المجردة - ظل تعدد الخلايا الحقيقي بعيد المنال.

وفقًا لترافيسانو ، تم التركيز كثيرًا على تحديد بعض الجينات الجينية للتعقيد. تقترح الدراسة الجديدة أن الظروف البيئية لها أهمية قصوى: أعطِ الكائنات وحيدة الخلية سببًا لتتحول إلى خلايا متعددة ، وستفعل ذلك.

بصرف النظر عن الأفكار حول التعقيد وأصوله ، يمكن أن يكون للنتائج آثار على الباحثين في المجالات الأخرى. في حين أن تعدد الخلايا سيواجه صعوبة في الظهور الآن في الطبيعة ، حيث تتمتع الحيوانات الموجودة بميزة تنافسية ، فإن الدرس الأساسي للتطور الجذري السريع هو عالمي.

قال ترافيسانو إن فكرة قابلية التحويل السهلة هذه تغير وجهة نظرك. & quotI & # x27m متأكد من حدوث التطور السريع. نحن فقط لا نعرف كيف نبحث عنه. & quot

يمكن أن يصبح التكاثر الموجه للكائنات وحيدة الخلية في أشكال معقدة ومتعددة الخلايا تقنية إنتاج بالتكنولوجيا الحيوية.

& quot إذا كنت تريد أن يكون لديك كائن حي يصنع الإيثانول أو مركبًا جديدًا ، فبالإضافة إلى استخدام الهندسة الوراثية ، يمكنك إجراء تجارب اختيار وتشكيل تطورها ، على حد قول ترافيسانو. & quot ما نقوم به هنا ، الهندسة عن طريق الانتقاء الاصطناعي ، هو شيء قمنا به لقرون مع الحيوانات والزراعة. & quot

الصورة: على اليسار ، سلالة أصلية من الخميرة & # x27s. على اليمين ، الشكل متعدد الخلايا. (راتكليف وآخرون / PPNAS)

الاقتباس: & quot التطور التجريبي لتعدد الخلايا. & quot بقلم ويليام سي. راتكليف ، ر. فورد دينيسون ، مارك بوريلو ، ومايكل ترافيسانو. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 17 يناير 2012.


مقدمة في علم الوراثة وعلم الجينوم *

أنواع معينة انيقة يدين الكثير من جاذبيته الأولية ككائن حي تجريبي إلى الأساليب الجينية القوية التي يمكن تطويرها من أجله. حدثت زيادة أخرى وكبيرة في الشعبية في عام 1998 ، عندما أصبح أول كائن متعدد الخلايا (وثاني حقيقيات النوى فقط ، بعد خميرة الخميرة ) التي تم الحصول على تسلسل الجينوم الكامل لها. يعد التعليق التوضيحي واستغلال تسلسل الجينوم الدودي & # 8217s 100 ميجا بايت في المقابل أكثر تقدمًا من معظم جينومات حقيقية النواة الأخرى.

يستمر التفاعل بين المقاربتين الجينية والجينومية على مستويات أكثر تعقيدًا ، وكلا النهجين يكمن وراء معظم النهج الحالي C. ايليجانس البحث ، لذلك يمكن مواجهة التقنيات والمبادئ والتفكير المرتبط بها في كل فصل من فصول WormBook تقريبًا. علاوة على ذلك ، في كل من علم الوراثة وعلم الجينوم ، تتشابك المنهجية والتفسير ، ونتيجة لذلك يتم التعامل مع بعض الموضوعات المركزية للتحليل الجيني ، مثل رسم الخرائط الجينية ، من وجهة نظر أكثر عملية في قسم الأساليب (WormMethods). يهتم هذا القسم بشكل أكبر بالنتائج والاستنتاجات العامة. العديد من الموضوعات ، مثل الطفرات ، والنقمة ، وتعدد الأشكال (لعلم الوراثة) وتنظيم الكروموسوم ، والتسلسلات المتكررة وتحليل المروج (لعلم الجينوم) يتم تناولها لفترة وجيزة فقط ، على الرغم من أنها تستحق فصول كاملة.

من حيث التحليل الجيني ، سمة جذابة بشكل أساسي لـ C. ايليجانس هي سهولة توليد الطفرات. العديد من المطفرات الكيميائية ، ولا سيما EMS (إيثيل ميثان سلفونات) ، تعمل بكفاءة عالية على الدودة ، ويمكن أيضًا أن تتولد الطفرات مع الإشعاع المؤين وعن طريق التنقل بين وسائل النقل وغيرها من الوسائل. C. ايليجانس هو ثنائي الصبغة ، لذلك يمكن إحداث طفرات ضارة للغاية ونشرها دون قتل الحيوان. ومع ذلك ، فإن الطريقة الرئيسية للتكاثر ، عن طريق الإخصاب الذاتي خنثى ، يعني أن تأثير جعل أي طفرة متماثلة اللواقح يمكن فحصها تلقائيًا ، كنتيجة للفصل المندلي. إن كفاءة الطفرات وفحص النمط الظاهري المتنحي ، وكذلك سهولة الحفاظ على الخطوط الطافرة كمخزونات مجمدة مؤرشفة ، تعني وجود طفرات متعددة للعديد من الجينات ، مع تزايد العدد المتاح طوال الوقت. يعد توافر الطفرات المتعددة أمرًا مهمًا في توفير ليس فقط الطفرات القاضية ، التي تزيل نشاط الجين تمامًا ، ولكن أيضًا الطفرات الجزئية أو المشروطة ، التي تسمح بتشريح وظائف الجينات المعقدة. الغالبية العظمى من هذه الطفرات متنحية ، مرتبطة بفقدان جزئي أو كامل لوظيفة الجينات ، ولكن تم أيضًا إنشاء العديد من طفرات اكتساب الوظيفة النادرة ، والتي غالبًا ما توفر أدوات أساسية لمزيد من التحقيق. في الآونة الأخيرة ، قدم RNAi طريقة جديدة للتلاعب بنشاط الجينات.

يبدأ القسم الخاص بعلم الوراثة بفصل موجز & # 8220Karyotype ، و ploidy ، وجرعة الجين & # 8221 (Jonathan Hodgkin) ، والذي يلخص بعض الميزات العالمية لـ C. ايليجانس الجينوم من منظور وراثي ، ويستعرض بعض التعديلات الإجمالية في النمط النووي التي تم إنشاؤها وتحليلها حتى الآن. يستعرض الفصل أيضًا الموضوع ذي الصلة لجرعة الجين ، والدرجة التي يمكن للحيوان أن يتحمل بها التغيرات في جرعة الجينات المفردة والمتعددة.

الفصل الثاني ، "الجينات الأساسية" (كينيث كيمفوس) ، يناقش ما يمكن اعتباره أهم مجموعة من الجينات في الحيوان ، والتي بدونها يكون الحيوان ميتًا أو عقيمًا. لقد ذهب الكثير من العمل ، باستخدام كل من الأساليب الجينية التقليدية واستخدام RNAi مؤخرًا ، في تحديد وحساب وتحليل هذه الجينات. تشير التقديرات الحالية إلى أن أقل من 25٪ من الجينات لها وظيفة أساسية في حد ذاتها. ومع ذلك ، فإن تقديرات عدد الجينات الأساسية تتعرض للخطر من خلال معرفة أن هناك وفرة جينية كبيرة في C. ايليجانس ، ربما أكثر من معظم الكائنات الحية النموذجية الأخرى. تمت مناقشة هذا الموضوع في الفصل التالي ، "الازدواج الجيني والتكرار الجيني في C. ايليجانس (أليسون وولارد). يبدو أن مستويات الازدواج الجيني أعلى في C. ايليجانس من في ذبابة الفاكهة أو الخميرة ، والتي قد تؤدي أحيانًا إلى تعقيد التحليل ولكنها قد تساعد أيضًا في فهم ما إذا كانت الوظائف المتعددة لجين معقد واحد في كائن أسلاف قد تم تقسيمها بين جينين أو أكثر في C. ايليجانس .

تتناول الفصول الأربعة التالية في هذا القسم بعض الطرق التحليلية الرئيسية للتحقيق في خصائص الطفرات ، واستغلالها من أجل فهم البيولوجيا الأساسية. يناقش الفصل الخاص بـ "التكملة" (كارين يوك) خطوة أولى مهمة في التحليل الطفري لأي ظاهرة: اختبار مجموعات الطفرات لمعرفة ما إذا كانت تؤثر على نفس الجينات أو الجينات المختلفة ، وبالتالي استخلاص معلومات حول التعقيد الجيني الكامن وراء أي سمة معينة . أيضًا ، تمت مصادفة أنماط تكميلية شاذة في بعض الأحيان في C. ايليجانس ، كما هو الحال في معظم الكائنات الجينية المدروسة جيدًا ، تتم مراجعة ظواهر بعض الحالات الأكثر إفادة.

يتم دعم التحليل الإضافي لأي طفرة بشكل كبير من خلال القدرة على البحث عن الجينات المتفاعلة عن طريق شاشات التعديل. تتم مناقشة هذه في الفصلين التاليين ، أحدهما عن "التثبيط الجيني" (جوناثان هودجكين) والآخر "المعززات الجينية" (روبرت هيرمان وجون يوشيم). لقد كان القمع أداة قوية للغاية في ترسانة الأساليب الجينية لـ C. ايليجانس ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن خصائص الإخصاب الذاتي والنمو السريع تجعل البحث عن مثبطات أي طفرة معينة في الدودة أمرًا سهلاً للغاية. تم وصف آليات الكبت المختلفة في الفصل الخاص بـ "التثبيط الجيني" ، جنبًا إلى جنب مع أمثلة لكيفية استخدام تحليل الكبت في تشريح التجمعات الجزيئية ومسارات تحويل الإشارة.

يتناول الفصل الخاص بـ "المعززات الجينية" الجانب الآخر من العملة. تتم مصادفة تأثيرات التعزيز بين الطفرات في الجينات المختلفة ، خاصة في سياق التكرار ، ويتم مراجعة الأنواع المحتملة لتأثير التعزيز وآثارها. على نحو متزايد ، سيتم اكتشاف المعززات الجينية كنتيجة لشاشات محددة لمعدلات أنماط ظاهرية معينة متحولة في خلفيات وراثية حساسة ، وهو نهج أثبت فعاليته في كليهما. ذبابة الفاكهة و C. ايليجانس .

ساهم يوشيم وهيرمان أيضًا في فصل عن "الفسيفساء الجينية" ، والتي توفر نوعًا مختلفًا من الأساليب لاستكشاف خصائص الجينات ، وتوليد معلومات حول مواقع التعبير واستقلالية الفعل. تحليل الفسيفساء في C. ايليجانس له بعض الجوانب الفريدة ، لأنه يمكن استخدام ثبات النسب ووصفه الكامل لاستنتاج النمط الجيني لكل خلية في حيوان الفسيفساء ، مما يسمح بتفسير أكثر صرامة لمتى وأين تعمل الجينات.

تهدف الفصول في قسم علم الجينوم إلى تقديم لمحات عامة بدلاً من كتالوجات شاملة. أيضًا ، كما لوحظ ، تتم مناقشة العديد من الموضوعات ذات الصلة من منظور جينومي ، في أجزاء من فصول في أقسام أخرى.

يعتبر جينوم الدودة & # 8217s حاليًا فريدًا من نوعه بين الكائنات متعددة الخلايا في كونه نهائيًا بالفعل ، وصولاً إلى النوكليوتيدات الأخيرة. لا تزال جميع الجينومات الحيوانية والنباتية الأخرى & # 8216complete & # 8217 تحتوي على العديد من القواعد الضخمة ذات التسلسل غير المحدد ، ومعظمها من الهيتروكروماتين المركزي. C. ايليجانس هي في رابطة مختلفة ، لأن كروموسوماتها هي كلية المركز وبالتالي يمكن تسلسل كل منها بشكل كامل ، من التيلومير إلى التيلومير. بالطبع ، يجب أن تستمر بعض الأخطاء حتى في أحدث إصدار من C. ايليجانس التسلسل ، ولكن يتم تقليص هذه الأخطاء بشكل مطرد من خلال التعليقات التوضيحية المحسنة ، وعلم الجينوم المقارن ، وإعادة التسلسل الجزئي ، واكتشاف SNP. بالإضافة إلى ذلك ، هناك شكوك مثل العدد الدقيق للتكرارات في المواقع مثل rrn-1 و rrs-1 ، والتي تحتوي على صفائف ترادفية من جينات RNA الريبوسوم. قد يكون هناك اختلاف فردي في صفائف التكرار هذه ، وهناك بالتأكيد تباين من خلية إلى أخرى في العدد الدقيق لتكرارات التيلومير على كل كروموسوم. ومع ذلك ، فإن الكروموسوم الخامس من C. ايليجانس (20،921،718 زوجًا أساسيًا في الطول ، باستثناء التيلوميرات) هو أكبر جزيء DNA على الإطلاق يتم تسلسله تمامًا وبشكل كامل ، ومن المرجح أن يحتفظ بهذه الحالة لبعض الوقت في المستقبل. يسمح الكمال في تسلسل الجينوم بأكمله بتعليقات توضيحية أكثر تفصيلاً مما هو ممكن مع الكائنات متعددة الخلايا الأخرى.

جينوم C. ايليجانس غنية بالمعلومات: حوالي 25.5٪ يبدو أنها ترميز بروتين ، والجينات (بما في ذلك الإنترونات 5 & # 8217 و 3 & # 8217 المناطق غير المترجمة والمناطق التنظيمية) يجب أن تشغل ما لا يقل عن 40٪. يتناول الفصل الذي كتبه جون سبيث ودانيال لوسون ، "نظرة عامة على بنية الجينات ،" السمات العامة لحجم الجين وتنظيم الجين ، بما في ذلك التضفير البديل. يتم ترتيب عدد كبير من الجينات في عمليات التشغيل ، والتي تتم مراجعتها بإسهاب في مكان آخر في WormBook. ("Trans-splicing and operons" بقلم توماس بلومنتال). يناقش سبيث ولوسون أيضًا مسألة عدد الجينات الزائفة ، والتي تم تقديم تقديرات متنوعة لها. من المؤكد أن الدودة تحتوي على بعض الجينات الكاذبة ، خاصة في العائلات الجينية الكبيرة التي خضعت للتوسع مؤخرًا ، ولكن لا يزال العدد الحقيقي غير واضح. الجينات الخادعة المُعَالَجة ، وهي شائعة جدًا في جينومات الفقاريات ، نادرة الحدوث.

معظم الجينات التي تم تحديدها حتى الآن تقوم بتشفير البروتين ، والعديد منها يقع في عائلات كبيرة يمكن التعرف عليها. يراجع الفصل الذي أعده إريك شوارتز ، & # 8220 التصنيف الجيني لعائلات الجينات المشفرة للبروتين & # 8221 الأدوات المستخدمة لتخصيص البروتينات لعائلات مختلفة ، ويقدم قوائم ومخططات لعائلات الجينات الأكبر. تتم مراجعة بعض هذه العائلات في فصول محددة في أقسام أخرى (& # 8220 حركة الحيوانات المنوية و MSP ، بواسطة Harold Smith & # 8220. C. ايليجانس& # 8221 بواسطة هيو م.روبرتسون وجيمس إتش توماس).

الفصل الذي كتبه شون إيدي وآخرون ، & # 8220 C. ايليجانس جينات RNA غير المشفرة ، "تلخص RNA الريبوزومي وتنقل RNA من منظور جينومي ، وتنتقل لمراجعة RNAs زعيم لصق ، و sno-RNAs ، و microRNAs ، و spliceosomal RNAs وأنواع RNA وظيفية أخرى. على الرغم من اكتشاف microRNAs لأول مرة في C. ايليجانس ، وقد تمت دراستها على نطاق واسع في هذا الكائن الحي ، يبدو من المحتمل أنه لم يتم بعد تحديد التكامل والتأثير الكاملين لهذه الهيئات التنظيمية الهامة وغيرها من جزيئات الحمض النووي الريبي غير المشفرة.

جزء كبير من C. ايليجانس يتكون الجينوم من الينقولات ، وفقًا للنمط المعتاد في جينومات الحيوانات والنباتات. يستعرض الفصل عن "الينقولات" بقلم جان لويس بيسيرو ما هو معروف عن المتنوعات C. ايليجانس عائلات الينقولات. قدمت الينقولات أدوات مهمة لتحليل كل من C. ايليجانس علم الأحياء ، ودراسة خصائص الينقولات بشكل عام.

أخيرًا ، يستعرض فصل برنارد ليمير & # 8217s حول "علم الوراثة الميتوكوندريا" ما هو معروف عن بنية ووظيفة جينوم الميتوكوندريا الصغير في C. ايليجانس . كما تمت مناقشة دراسات عدد نسخة الميتوكوندريا وحذف الميتوكوندريا والتفاعلات مع الجينوم النووي.

في الختام ، يمكن للمرء أن يتنبأ بأن كل من التحقيقات الجينية والجينومية ستستمر في متابعتها بقوة C. ايليجانس البحث ، على طول الخطوط الراسخة ، ولكن الاكتشافات الجديدة والتقنيات الجديدة تعمل بالفعل على تغيير وتوسيع الأنواع الممكنة من الأبحاث. على وجه الخصوص ، يوفر استخدام RNAi بعدًا جديدًا تمامًا لأنواع التجارب والشاشات التي يمكن إجراؤها. كما ستصبح التقنيات الجديدة الأخرى أكثر أهمية ، مثل القدرة على إجراء استبدال فعال للجينات ، واستخدام أدوات التحوير الجيني الأكثر تعقيدًا ، والتي من شأنها أن تسمح بتحكم أكثر دقة في التعبير الجيني ، وأفضل في الجسم الحي فحوصات التعبير الجيني والوظيفة. من وجهة نظر الجينوم ، تسلسل الجينوم شبه الكامل الذي يتم إنشاؤه لعدد متزايد من الأقارب المقربين C. ايليجانس ( Caenorhabditis briggsae , Caenorhabditis remanei )، آخر التهاب الكينورهاب الأنواع وأبناء العمومة البعيدة مثل Pristionchus pacificus تقدم تأكيدًا لا يقدر بثمن ، ومعلومات جديدة ورؤى جديدة ، والقوة غير العادية بالفعل لعلم الجينوميات المقارنة يمكن أن تزداد في المستقبل فقط.

* حرره فيليب أندرسون. تمت المراجعة الأخيرة في 25 أبريل 2005. تم النشر في 6 سبتمبر 2005. يجب الاستشهاد بهذا الفصل على النحو التالي: Hodgkin J. مقدمة في علم الوراثة وعلم الجينوم (6 سبتمبر 2005) ، WormBook ، محرر. ال C. ايليجانس مجتمع الأبحاث ، WormBook ، دوى / 10.1895 / wormbook.1.17.1 ، http://www.wormbook.org.

حقوق النشر: & نسخ 2005 جوناثان هودجكين. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

& الطائفة لمن يجب توجيه المراسلات. البريد الإلكتروني: [email protected]

جميع محتويات WormBook ، ما لم يذكر خلاف ذلك ، مرخصة بموجب ترخيص Creative Commons Attribution.


2.1.10 حدد الاستخدام العلاجي الأول للخلايا الجذعية.

تعد عمليات زرع النخاع العظمي أحد الاستخدامات العلاجية العديدة للخلايا الجذعية. تنتج الخلايا الجذعية الموجودة في نخاع العظام خلايا الدم الحمراء وخلايا الدم البيضاء والصفائح الدموية في الجسم. يمكن استخدام هذه الخلايا الجذعية في عمليات زرع نخاع العظم لعلاج الأشخاص المصابين بأنواع معينة من السرطان.

عندما يكون المريض مصابًا بالسرطان ويتم إعطاؤه جرعات عالية من العلاج الكيميائي ، فإن العلاج الكيميائي يقتل الخلايا السرطانية وأيضًا الخلايا الطبيعية في نخاع العظم. هذا يعني أن المريض لا يستطيع إنتاج خلايا الدم. لذلك قبل أن يتم علاج المريض بالعلاج الكيميائي ، يمكن أن يخضع لعملية حصاد لنخاع العظم حيث يتم إزالة الخلايا الجذعية من نخاع العظم باستخدام إبرة يتم إدخالها في الحوض (عظم الورك). بدلاً من ذلك ، إذا كان لا يمكن استخدام الخلايا الجذعية من المريض ، فيمكن حصادها من متبرع مطابق. بعد العلاج الكيميائي سيخضع المريض لعملية زرع نخاع عظمي حيث يتم زرع الخلايا الجذعية مرة أخرى في المريض عن طريق التنقيط ، عادة عن طريق وريد في الصدر أو الذراع. ثم تجد هذه الخلايا الجذعية المزروعة طريقها مرة أخرى إلى نخاع العظام وتبدأ في إنتاج خلايا الدم السليمة في المريض. لذلك فإن الاستخدام العلاجي للخلايا الجذعية في عمليات زرع نخاع العظم مهم للغاية لأنه يسمح لبعض مرضى السرطان بالخضوع لعلاج كيميائي عالي. بدون هذا الاستخدام العلاجي للخلايا الجذعية ، لن يتمكن المرضى إلا من تناول جرعات منخفضة من العلاج الكيميائي مما قد يقلل من فرصهم في علاج المرض.


شاهد الفيديو: The next software revolution: programming biological cells. Sara-Jane Dunn (ديسمبر 2022).