這個說起來比較複雜,但是原理很簡單,我給您介紹下:
病毒引起疾病眾所周知,但是病毒也是人類和多種生物進化的催化劑。逆轉錄病毒能將自身基因插入人類基因組複製自己,留在人類基因組中的病毒基因可以控制免疫系統,並能控制胚胎和胎盤的發育。最近科學家在《PLOS遺傳學》發表論文,證明病毒基因在人類正常胎盤形成和男性肌肉質量等方面發揮關鍵作用。這種來自病毒的基因能編碼合胞體蛋白syncytin,這一研究能解釋一種生物學現象,就是為什麼雄性哺乳動物肌肉更發達。
人類基因組大約有30億對鹼基,其中大約8%DNA來自於病毒。許多病毒基因在進化過程中逐漸退化,但最近十多年研究發現也有一些病毒基因被保留下來發揮重要功能。
2000年,科學家發現胎盤發育的關鍵分子合胞體蛋白就起源於一種病毒蛋白,病毒蛋白在逆轉錄病毒協助下與宿主細胞基因組融合,後者成為病毒基因的避風港。這個蛋白和祖先分子沒有太多差異,功能是引導某些胎盤細胞與來自母體的子宮細胞融合,形成胎盤的外層。不同哺乳動物合胞體蛋白不同,表明哺乳動物是從不同型別的病毒借來的基因,提示這是多次發生基因轉移過程。
哥本哈根大學病理學家Lars-Inge Larsson說,提出胎盤細胞融合是由一種病毒基因控制,這種基因是三千萬年前人類祖先從病毒借來,這有點令人難以置信。
該研究負責人來自法國國家科學研究中心病毒學家Thierry Heidmann。研究人員發現,如果將兩個合胞體蛋白基因全部敲除,動物後代無法存活,如果只敲除其中一個合胞體蛋白B,保留合胞體蛋白A,動物後代可以生存,但是雄性動物體型小,而且體弱多病。體重比正常動物少18%。研究人員最初認為,合胞體蛋白不足導致胎盤畸形阻礙了老鼠在子宮內的生長,但是隨後有其他學者發現,這些基因在免疫細胞和肌肉乾細胞中特異性表達,這讓他們重新考慮這一現象的原因。
成熟肌肉細胞也是透過眾多成熟成肌細胞融合形成,考慮到合胞體蛋白在細胞融合過程中發揮作用,Heidmann等推測基因突變動物體重降低的原因是因為肌肉融合過程受阻,進一步分析發現,胞體蛋白B基因敲除小鼠肌肉質量降低20%,肌肉纖維數量和數量也出現相應降低。Heidmann說,有意思的是,這種差異只出現在雄性,而雌性動物沒有這種改變。
進一步研究發現,合胞體蛋白基因在成肌細胞和成熟肌肉細胞過程都有表達,阻斷該基因表達能使細胞融合減少40%。羊、狗和人類細胞都表現出類似的改變。
大量散佈在人類基因組中的病毒基因能發揮比我們想象更加重要的作用,現在的發現只是冰山一角。
為何病毒可以作為基因工程的載體?
20世紀50年代關於雙螺旋模板學說的提出,60年代關於基因調控的操縱子學說的出現,以及70年代初期限制性內切酶的發現和一整套體外重組技術成為基因工程發展的奠基石。基因工程就是用人工的方法把生物體內有用的目的基因提取出來,經過體外的改造和重組後,匯入受體生物中表達,從而使受體生物獲得新的遺傳性狀。按照受體細胞的類別,將基因工程分為動物基因工程、植物基因工程和微生物基因工程三大類。那麼什麼是病毒基因工程呢?所謂病毒基因工程就是以病毒為材料,研究病毒的基因或基因組在動物、植物、細菌等細胞中表達特性,以期揭示病毒基因的生物學功能及其與受體細胞間的關係。
DNA的體外重組技術可以隨心所欲地對目的基因進行改造和移動。基因的改造得益於DNA限制性內切酶、連線酶及其他修飾酶的發現;基因的轉移得益於質粒載體等運載工具的發現和轉移技術的建立。作為運載質粒必須是環狀DNA,能夠專一性地感染某類細胞,具有選擇性標記,如耐某種抗生素的基因等;還應具有一些內切酶的酶切位點,可以隨著染色體的複製而獨立複製,隨著細胞分裂而擴增。在目前應用的載體中,大多數來源於噬菌體、動植物病毒等。
近年來的實驗證明,一些具有DNA基因組或其生活史中出現有DNA階段的真核生物的病毒,經過改建之後,都可以發展成為基因轉移的分子載體。這主要是因為病毒具有如下幾個方面的特點:
第一,病毒具有能夠被細胞識別的有效的啟動子。這些啟動子不但可以引發基因工程中常用的一些選擇記號的表達,而且還能夠引發克隆的外源基因的表達。
第二,有許多種病毒,在其感染週期中都能夠持續地複製,使其基因組複製數達到相當高的水平。因此,任何插入在病毒基因組的外源基因,在病毒感染之後的很短時間內,其劑量就會顯著地增加,並實現有效的表達。
第三,有些病毒具有控制自己複製的順式(cis)和反式(trans)作用因子。這些因子經過基因操作改造之後,可以成為能夠在細胞內長時間高複製保持外源基因的複製型質粒。
第四,有些病毒在它們的複製過程中能高效穩定地整合到寄主基因組。利用這點特性,可以提高外源基因匯入寄主細胞染色體的效率。
第五,病毒的外殼蛋白能夠識別細胞接受器(acceptor),因此作為感染劑(infectious agents),外殼蛋白能夠將外源基因高效匯入寄主細胞。用病毒外殼蛋白、包裝重組質粒DNA形成的假病毒顆粒(pseudovirions),即構成了一種高效的轉化體系。以病毒發展起來的一系列載體在基因工程中佔有重要的地位。
基因突變
基因突變(gene mutation)是由於DNA分子中發生鹼基對的增添、缺失或替換,而引起的基因結構的改變。基因突變可以發生在發育的任何時期,通常發生在DNA複製時期,即細胞分裂間期,包括有絲分裂間期和減數分裂間期;同時基因突變和脫氧核糖核酸的複製、DNA損傷修復、癌變和衰老都有關係。許多重要的生命活動、疾病發生還與蛋白質修飾有著密切關係,修飾後的蛋白質可以對細胞內的各類通路進行精確的調節與控制,完成對基因所發出的指令執行過程。
蛋白磷酸化位點主要發生在絲氨酸(S),蘇氨酸(T),酪氨酸(Y)殘基上,磷酸化其實就是帶負電荷才使蛋白啟用,針對磷酸化的突變通常有兩種形式,一種是使其持續啟用,一種是使其持續抑制,通常持續啟用需突變成天冬氨酸(D)和穀氨酸(E),這兩個氨基酸是唯二的兩個帶負電荷的氨基酸(無需啟用 ,組成型帶負電荷)以此模擬磷酸化的絲氨酸、蘇氨酸(需要啟用,磷酸化後,帶負電荷),而持續抑制則需突變成丙氨酸(A),原因則是該氨基酸代正電荷,能夠持續抑制改為點的活性。
甲基化是蛋白質和核酸的一種重要的修飾,調節基因的表達和關閉,與癌症、衰老、老年痴呆等許多疾病密切相關,是表觀遺傳學的重要研究內容之一。 最常見的甲基化修飾有DNA甲基化和組蛋白甲基化。DNA甲基化能關閉某些基因的活性,去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變,從而控制基因表達。組蛋白甲基化是指發生在H3和H4組蛋白N端Arg或Lys殘基上的甲基化,由組蛋白甲基轉移酶介導催化。組蛋白甲基化的功能主要體現在異染色質形成、基因印記、X染色體失活和轉錄調控方面。
乙醯化修飾功能主要集中在對細胞染色體結構的影響以及對核內轉錄調控因子的啟用方面 。但是,也有研究表明,在生理狀況下,存在著大量非細胞核的蛋白被乙醯化修飾,而且蛋白質的乙醯化具有很高的功能特異性。
實驗方法主要以人或小鼠的cDNA為模板擴增目的基因,透過突變PCR方法改造目的基因,再將突變基因連線入感興趣的載體中,如慢病毒載體、腺病毒載體和腺相關病毒載體。該載體骨架一般會帶有不同的標籤、熒光和篩選標記,如3FLAG、HA、EGFP、puromycine,可以根據這些元件進行Western Blot研究、puromycine抗性篩選等。
上述載體既可用於瞬時轉染細胞,也可包裝成相應病毒用於穩定株的篩選以及在動物水平過表達,以研究突變後對目的蛋白功能的影響。基因突變主要應用於腫瘤的基因檢測,如EGFR、K-RAS、B-RAF、p53等,以瞭解腫瘤的發病機制;細胞穩定株篩選。
這個說起來比較複雜,但是原理很簡單,我給您介紹下:
病毒引起疾病眾所周知,但是病毒也是人類和多種生物進化的催化劑。逆轉錄病毒能將自身基因插入人類基因組複製自己,留在人類基因組中的病毒基因可以控制免疫系統,並能控制胚胎和胎盤的發育。最近科學家在《PLOS遺傳學》發表論文,證明病毒基因在人類正常胎盤形成和男性肌肉質量等方面發揮關鍵作用。這種來自病毒的基因能編碼合胞體蛋白syncytin,這一研究能解釋一種生物學現象,就是為什麼雄性哺乳動物肌肉更發達。
人類基因組大約有30億對鹼基,其中大約8%DNA來自於病毒。許多病毒基因在進化過程中逐漸退化,但最近十多年研究發現也有一些病毒基因被保留下來發揮重要功能。
2000年,科學家發現胎盤發育的關鍵分子合胞體蛋白就起源於一種病毒蛋白,病毒蛋白在逆轉錄病毒協助下與宿主細胞基因組融合,後者成為病毒基因的避風港。這個蛋白和祖先分子沒有太多差異,功能是引導某些胎盤細胞與來自母體的子宮細胞融合,形成胎盤的外層。不同哺乳動物合胞體蛋白不同,表明哺乳動物是從不同型別的病毒借來的基因,提示這是多次發生基因轉移過程。
哥本哈根大學病理學家Lars-Inge Larsson說,提出胎盤細胞融合是由一種病毒基因控制,這種基因是三千萬年前人類祖先從病毒借來,這有點令人難以置信。
該研究負責人來自法國國家科學研究中心病毒學家Thierry Heidmann。研究人員發現,如果將兩個合胞體蛋白基因全部敲除,動物後代無法存活,如果只敲除其中一個合胞體蛋白B,保留合胞體蛋白A,動物後代可以生存,但是雄性動物體型小,而且體弱多病。體重比正常動物少18%。研究人員最初認為,合胞體蛋白不足導致胎盤畸形阻礙了老鼠在子宮內的生長,但是隨後有其他學者發現,這些基因在免疫細胞和肌肉乾細胞中特異性表達,這讓他們重新考慮這一現象的原因。
成熟肌肉細胞也是透過眾多成熟成肌細胞融合形成,考慮到合胞體蛋白在細胞融合過程中發揮作用,Heidmann等推測基因突變動物體重降低的原因是因為肌肉融合過程受阻,進一步分析發現,胞體蛋白B基因敲除小鼠肌肉質量降低20%,肌肉纖維數量和數量也出現相應降低。Heidmann說,有意思的是,這種差異只出現在雄性,而雌性動物沒有這種改變。
進一步研究發現,合胞體蛋白基因在成肌細胞和成熟肌肉細胞過程都有表達,阻斷該基因表達能使細胞融合減少40%。羊、狗和人類細胞都表現出類似的改變。
大量散佈在人類基因組中的病毒基因能發揮比我們想象更加重要的作用,現在的發現只是冰山一角。
為何病毒可以作為基因工程的載體?
20世紀50年代關於雙螺旋模板學說的提出,60年代關於基因調控的操縱子學說的出現,以及70年代初期限制性內切酶的發現和一整套體外重組技術成為基因工程發展的奠基石。基因工程就是用人工的方法把生物體內有用的目的基因提取出來,經過體外的改造和重組後,匯入受體生物中表達,從而使受體生物獲得新的遺傳性狀。按照受體細胞的類別,將基因工程分為動物基因工程、植物基因工程和微生物基因工程三大類。那麼什麼是病毒基因工程呢?所謂病毒基因工程就是以病毒為材料,研究病毒的基因或基因組在動物、植物、細菌等細胞中表達特性,以期揭示病毒基因的生物學功能及其與受體細胞間的關係。
DNA的體外重組技術可以隨心所欲地對目的基因進行改造和移動。基因的改造得益於DNA限制性內切酶、連線酶及其他修飾酶的發現;基因的轉移得益於質粒載體等運載工具的發現和轉移技術的建立。作為運載質粒必須是環狀DNA,能夠專一性地感染某類細胞,具有選擇性標記,如耐某種抗生素的基因等;還應具有一些內切酶的酶切位點,可以隨著染色體的複製而獨立複製,隨著細胞分裂而擴增。在目前應用的載體中,大多數來源於噬菌體、動植物病毒等。
近年來的實驗證明,一些具有DNA基因組或其生活史中出現有DNA階段的真核生物的病毒,經過改建之後,都可以發展成為基因轉移的分子載體。這主要是因為病毒具有如下幾個方面的特點:
第一,病毒具有能夠被細胞識別的有效的啟動子。這些啟動子不但可以引發基因工程中常用的一些選擇記號的表達,而且還能夠引發克隆的外源基因的表達。
第二,有許多種病毒,在其感染週期中都能夠持續地複製,使其基因組複製數達到相當高的水平。因此,任何插入在病毒基因組的外源基因,在病毒感染之後的很短時間內,其劑量就會顯著地增加,並實現有效的表達。
第三,有些病毒具有控制自己複製的順式(cis)和反式(trans)作用因子。這些因子經過基因操作改造之後,可以成為能夠在細胞內長時間高複製保持外源基因的複製型質粒。
第四,有些病毒在它們的複製過程中能高效穩定地整合到寄主基因組。利用這點特性,可以提高外源基因匯入寄主細胞染色體的效率。
第五,病毒的外殼蛋白能夠識別細胞接受器(acceptor),因此作為感染劑(infectious agents),外殼蛋白能夠將外源基因高效匯入寄主細胞。用病毒外殼蛋白、包裝重組質粒DNA形成的假病毒顆粒(pseudovirions),即構成了一種高效的轉化體系。以病毒發展起來的一系列載體在基因工程中佔有重要的地位。
基因突變
基因突變(gene mutation)是由於DNA分子中發生鹼基對的增添、缺失或替換,而引起的基因結構的改變。基因突變可以發生在發育的任何時期,通常發生在DNA複製時期,即細胞分裂間期,包括有絲分裂間期和減數分裂間期;同時基因突變和脫氧核糖核酸的複製、DNA損傷修復、癌變和衰老都有關係。許多重要的生命活動、疾病發生還與蛋白質修飾有著密切關係,修飾後的蛋白質可以對細胞內的各類通路進行精確的調節與控制,完成對基因所發出的指令執行過程。
蛋白磷酸化位點主要發生在絲氨酸(S),蘇氨酸(T),酪氨酸(Y)殘基上,磷酸化其實就是帶負電荷才使蛋白啟用,針對磷酸化的突變通常有兩種形式,一種是使其持續啟用,一種是使其持續抑制,通常持續啟用需突變成天冬氨酸(D)和穀氨酸(E),這兩個氨基酸是唯二的兩個帶負電荷的氨基酸(無需啟用 ,組成型帶負電荷)以此模擬磷酸化的絲氨酸、蘇氨酸(需要啟用,磷酸化後,帶負電荷),而持續抑制則需突變成丙氨酸(A),原因則是該氨基酸代正電荷,能夠持續抑制改為點的活性。
甲基化是蛋白質和核酸的一種重要的修飾,調節基因的表達和關閉,與癌症、衰老、老年痴呆等許多疾病密切相關,是表觀遺傳學的重要研究內容之一。 最常見的甲基化修飾有DNA甲基化和組蛋白甲基化。DNA甲基化能關閉某些基因的活性,去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變,從而控制基因表達。組蛋白甲基化是指發生在H3和H4組蛋白N端Arg或Lys殘基上的甲基化,由組蛋白甲基轉移酶介導催化。組蛋白甲基化的功能主要體現在異染色質形成、基因印記、X染色體失活和轉錄調控方面。
乙醯化修飾功能主要集中在對細胞染色體結構的影響以及對核內轉錄調控因子的啟用方面 。但是,也有研究表明,在生理狀況下,存在著大量非細胞核的蛋白被乙醯化修飾,而且蛋白質的乙醯化具有很高的功能特異性。
實驗方法主要以人或小鼠的cDNA為模板擴增目的基因,透過突變PCR方法改造目的基因,再將突變基因連線入感興趣的載體中,如慢病毒載體、腺病毒載體和腺相關病毒載體。該載體骨架一般會帶有不同的標籤、熒光和篩選標記,如3FLAG、HA、EGFP、puromycine,可以根據這些元件進行Western Blot研究、puromycine抗性篩選等。
上述載體既可用於瞬時轉染細胞,也可包裝成相應病毒用於穩定株的篩選以及在動物水平過表達,以研究突變後對目的蛋白功能的影響。基因突變主要應用於腫瘤的基因檢測,如EGFR、K-RAS、B-RAF、p53等,以瞭解腫瘤的發病機制;細胞穩定株篩選。