유전학

유기체의 물리적 특성, 또는 표현형은 부모로부터 상속된 유전자형(유전자 변이체)의 조합입니다. 다양한 각도로 유전자는 서로 상호 작용하고 환경 적 요인과 상호 작용하여 특성을 생성합니다. 인구 내의 알레일과 특성의 분포는 자연 선택, 이주 및 무작위 유전 드리프트를 포함한 여러 요인에 의해 영향을 받습니다.이 비디오에서 JoVE는 그레고르 멘델의 유전적 기초에 대한 유전적 근거에서부터 자연적인 과정이 인구 내의 대립 유전자 분포에 미치는 영향, 멘델리안 유전학과 다윈의 진화를 결합한 생물학의 현대 합성에 이르기까지 유전학의 근본적인 발견을 소개합니다. 우리는 유전자가 특성에 어떻게 영향을 미치는지에 관하여 유전학자에 의해 오늘 질문 검토합니다, 그리고 이 질문에 대답하기 위하여 이용된 주요 공구의 몇몇. 마지막으로, 유전 십자가, 스크린 및 진화 실험과 같은 기술의 몇몇 응용이 제시될 것입니다.

유전 적 과정을 해부하거나 특성의 새로운 제품군을 가진 유기체를 만들기 위해 과학자들은 유전 적 십자가 또는 두 생물의 의도적 인 짝짓기를 수행 할 수 있습니다. 자손에 있는 부모 유전 물질의 재조합은 연구원이 유전자의 기능, 상호 작용 및 위치를 추론하는 것을 허용합니다. 이 비디오는 유전 십자가가 유전학에 대한 우리의 이해의 기초를 형성하는 Mendel의 세 가지 상속 법칙을 개발하는 데 어떻게 영향을 미쳤는지 살펴볼 것입니다. 테트라드 분석으로 알려진 효모와 같은 단세포 유기체를 위해 처음 개발된 한 가지 유전 교차 기술은 이 고전적인 도구가 오늘날 유전 연구에서 어떻게 사용되는지에 대한 몇 가지 예가 뒤따릅니다.

유전 스크린은 유전자 기능을 정의하고 유전자 상호 작용을 이해하기 위한 중요한 도구입니다. 스크린은 전형적으로 유전자를 돌연변이하고 관심의 표현형을 위한 영향 받은 유기체를 평가하는 관련시킵니다. 이 과정은 표현형에 책임이 있는 알려지지 않은 유전자를 식별하기 위해 돌연변이가 무작위로 생성되는 "전진"일 수 있거나, 특정 유전자가 어떤 표현형이 생성되는지 관찰하기 위해 돌연변이를 표적으로 하는 "역"일 수 있다.여기에서 JoVE는 유전자의 활동을 각각 감소하거나 증가하는 기능 상실 또는 기능 성 돌연변이에 의존하는 유전자 스크린의 다양한 유형을 검토합니다. 그런 다음 인기있는 모델 유기체인 선충 벌레에서 전방 및 역방향 스크린을 위한 일반적인 프로토콜을 살펴봅시다. 마지막으로, 우리는 스크린이 신경 퇴행성 질병에 기여할 수 있는 유전자 상호 작용을 더 잘 이해하기 위하여 예를 들면, 예를 들면, 오늘 연구에서 어떻게 적용되는지 강조합니다.

많은 인간 질병은 유전 서열에 있는 돌연변이 또는 변이와 연관됩니다. 이러한 유전 적 변이체 중 일부는 유전적이며 대대로 전해지며, 다른 유전자는 유기체의 생애 동안 산발적으로 발생하고 암과 같은 질병을 유발합니다. 연구원은 환자를 위한 진단 그리고 치료 선택권을 향상의 희망에 있는 이 유전 변경을 확인하고 특성화하기 위하여 시도하고 있습니다.이 비디오에서는 유전 질환 연구의 역사를 검토하고 의료 유전학자가 묻는 주요 질문을 탐구할 것입니다. 질병의 유전적 기초를 확인하는 데 사용되는 다양한 도구는 유전 화 기술과 게놈 전체 협회 연구 (GWAS)를 포함하여 논의됩니다. 마지막으로, 의학 유전학 연구의 몇몇 현재 보기는 제시됩니다.

단일 뉴클레오티드 다형성, 또는 SNPs는 인간에 있는 유전 변이의 일반적인 양식입니다. DNA에 있는 개별적인 기지에 있는 이 다름은 수시로 직접 유전자 발현에 영향을 미치지 않습니다, 그러나 많은 경우에 아직도 질병 관련 유전자를 찾거나 환자를 진단하기 위하여 유용할 수 있습니다. SN을 식별하기 위해 수많은 방법론이 설립되었습니다.SNP Genotyping에 JoVE의 소개는 SN이 무엇이고 질병 관련 유전자를 확인하는 데 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 논의함으로써 시작됩니다. 그런 다음 직접 혼성화, PCR 기반 방법, 단편 분석 및 시퀀싱을 포함한 몇 가지 일반적인 SNP genotyping 방법을 검사합니다. 마지막으로, 우리는 이 기술이 오늘 유전 연구에 어떻게 적용되는지에 대한 몇 가지 예를 제시합니다.

세포 유전학은 염색체에 전념하는 연구 분야이고, 그것의 karyotype로 함께 알려져 있는 세포의 염색체 수 및 구조물의 직접적인 관측을 관련시킵니다. 많은 염색체 이상은 질병과 연관됩니다. karyotype의 각 염색체는 독특한 밴딩 패턴을 제공하기 위해 다양한 염료로 염색 될 수 있습니다. 시투 혼성화(FISH)에서 비교게놈 혼성화 및 형광을 포함한 최신 기술은 특정 염색체 특징 또는 이상을 검출할 수 있도록 합니다.이 비디오는 이러한 고전적이고 현대적인 세포 유전학 기술의 원리를 검토하여 시작됩니다. 그 다음에는 FISH 수행을 위한 일반적인 프로토콜을 검사합니다. 마지막으로, 다양한 의료 응용 프로그램에 karyotyping을 적용 할 수있는 방법의 몇 가지 예가 제시된다.

유전자 발현은 세포가 기능성 제품을 만들기 위해 유전 정보를 사용하는 복잡한 과정입니다. 이 과정은 여러 단계에서 규제되며, 어떤 잘못 조절하면 암과 같은 질병으로 이어질 수 있습니다. 이 비디오는 DNA 염기의 뚜렷한 조합이 단백질을 구성하는 아미노산을 인코딩하는 방법의 이해를 포함하여 유전자 발현과 관련된 중요한 역사적 발견을 강조합니다. 유전자 발현 연구 분야의 주요 질문이 탐구되고, 유전자 발현을 측정하고 그 규정을 조사하는 데 사용되는 여러 기술에 대한 토론이 뒤따릅니다. 마지막으로, 우리는 과학자들이 현재 유전자 발현을 연구하기 위해 이러한 기술을 사용하는 방법을 살펴봅니다.

마이크로어레이는 유전자 발현프로파일링을 위한 중요한 도구이며, 유리 칩과 샘플에서 유래한 핵산에 부착된 프로브 간의 상호 보완적 결합을 기반으로 합니다. 이 배열을 사용하여, 과학자는 동시에 유전자의 수천의 발현을 평가할 수 있습니다. 또한, 상이한 세포 또는 조직 모형의 발현 단면도는 연구원이 생물학 프로세스 도중 다른 유전자의 발현이 어떻게 변화하는지 추론하고, 그러므로 유전자가 통로 또는 네트워크에서 어떻게 작동할 수 있는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있도록, 비교될 수 있습니다.여기에서 JoVE는 마이크로 어레이의 원리를 설명합니다. 그 다음에는 마이크로어레이 실험을 수행하기 위한 일반적인 프로토콜과 마이크로어레이 데이터 분석에 대한 간략한 소개가 뒤따릅니다. 우리는 과학자들이 현재 마이크로어레이를 어떻게 사용하고 있는지에 대한 논의를 끝내고, 예를 들어 암과 비암 조직에서 파생된 다른 세포 유형 간의 유전자 발현을 비교하여 중요한 생물학적 문제를 연구합니다.

출처: 파블로 산체스 보쉬2,숀 코코란2, 카타 브뤼크너1,2,31 엘리와 에디테 브로드 재생 의학 및 줄기 세포 연구 센터2 세포 및 조직 생물학학과,3 미국 캘리포니아 주 샌프란시스코 대학교 심장혈관 연구소 cDNA 끝(RACE)의 신속한 증폭은 시퀀스에 대한 사전 지식 없이도 3' 또는 5'끝으로 확장하여 mRNA로부터 전신 cDNA를 증폭할 수 있는 기술이다(Frohman et al., 1988). 일반 PCR과는 달리, 그것은 단지 하나의 특정 PCR 프라이머와 대부분의 mRNA에 무차별 적으로 바인딩됩니다 두 번째 비 특이적 프라이머를 사용합니다. 증폭되는 영역이 mRNA의 3' 또는 5'끝에 있는지 여부에 따라, 두 번째 프라이머는 모든 성적증명서(5'end)에 추가된 폴리A 꼬리(3'end) 또는 합성 링커를 결합하도록 선택된다. 이러한 프라이머 조합은 한쪽-3 또는 5'(오하라 외, 1989)의 공지된 시퀀스를 사용하여 PCR 증폭으로 인해 "일방적" 또는...

유전자 발현을 평가하는 다른 방법 중, RNA의 높은 처리량 시퀀싱, 또는 RNA-seq. 특히 매력적이며, 이전에 이용 가능한 게놈 정보에 의존하지 않고 수행하고 분석할 수 있기 때문에 특히 매력적입니다. RNA-seq 동안, 관심있는 샘플에서 분리 된 RNA는 DNA 라이브러리를 생성하는 데 사용되며, 이는 증폭되고 시퀀스됩니다. 궁극적으로 RNA-seq는 어떤 유전자가 표현되는지, 발현 수준 및 이전에 알려지지 않은 성적증명서의 존재를 결정할 수 있습니다.여기서 JoVE는 RNA-seq의 기본 원리를 제시합니다. 그런 다음 일반적인 RNA-seq 프로토콜의 실험 및 분석 단계에 대해 논의합니다. 마지막으로, 우리는 연구원이 현재 RNA-seq를 어떻게 사용하고 있는지, 예를 들면, 다른 생물학 견본 사이 유전자 발현을 비교하거나, 단백질-RNA 상호 작용을 특성화하기 위하여 검토합니다.

유전학 연구의 초기 부터, 과학자들은 DNA의 뉴클레오티드 서열의 차이로 인한 것이 아니라 특정 유전적 현상적 차이를 지적했습니다. 현재 의 증거는 이러한 "후성 유전학"현상이 메틸 그룹과 DNA 사이토신 기지의 수정, 히스톤 단백질에 다양한 화학 그룹의 추가, 비 단백질 코딩 RNA와의 상호 작용을 통해 특정 DNA 부위에 단백질 인자의 모집을 포함하여 여러 메커니즘에 의해 제어 될 수 있음을 시사한다.이 비디오에서 JoVE는 X 염색체 불활성화 (XCI)와 같은 후성 유전학에서 중요한 발견의 역사를 제시하며, 전체 X 염색체가 여성 포유류의 세포에서 침묵하는 현상을 제시합니다. 필드에 있는 중요한 질문 및 방법은 다른 후성 유전학 수정과 관련되었던 DNA 순서를 확인하는 기술을 포함하여 검토됩니다. 마지막으로, 우리는 연구원이 유전자 기능의 후성 유전학 적 조절을 더 잘 이해하기 위해 현재 이 기술을 어떻게 사용하고 있는지 토론합니다.

CpG dinucleotides에서 메틸화는 유전자 발현조절에 중요한 역할을 하기 위해 가설이 된 DNA의 화학적 변형이다. 특히, "CpG 제도"라고 불리는 메틸화 부위의 클러스터의 메틸화는 프로모터 및 기타 유전자 조절 요소 근처에서 유전자의 안정적인 침묵에 기여할 수 있으며, 예를 들어 게놈 각인 및 X 염색체 불활성화와 같은 후생유전학 적 과정 동안. 동시에, 비정상적인 CpG 메틸화는 암과 연관되는 것으로 나타났다.이 비디오에서는 DNA 메틸화의 생물학적 기능 및 메커니즘이 게놈의 메틸화 부위를 식별하는 데 사용되는 다양한 기술과 함께 제시될 것입니다. 그런 다음 DNA 메틸화를 검출하는 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나인 비설피트 분석의 단계와 이 기술의 여러 응용 을 검토합니다.

히스톤은 DNA를 감싸고 "크로마틴"이라고 불리는 복합체를 형성할 수 있는 "비계"로 봉사함으로써 진핵에서 DNA를 구성하는 데 도움이 되는 단백질입니다. 이러한 단백질은 화학 적 그룹의 첨가를 통해 변형 될 수 있으며, 이러한 변화는 유전자 발현에 영향을 미친다. 연구원은 특정 히스톤 수정 또는 그밖 유전자 조절 단백질과 연관되는 DNA 지구를 더 잘 이해하기 위하여 크로마틴 면역 침전 (ChIP)에게 불린 기술을 이용합니다. 항체는 관심있는 단백질을 분리하는 데 사용되며, 결합 된 DNA는 분석을 위해 추출된다. 여기서 JoVE는 ChIP의 원리를 제시하여 특정 히스톤 수정과 유전자 발현 및 DNA 조직과의 관계를 논의합니다. 그런 다음 ChIP 프로토콜을 수행하는 방법을 검토하고 과학자들이 현재 이 기술을 사용하는 방법을 살펴봅니다.

유기체의 DNA를 의도적으로 변경하는 과정인 유전 공학은 강력한 연구 도구와 모델 유기체를 만드는 데 사용되었으며 많은 농업 응용 분야도 보았습니다. 그러나, 스트레스 내성 과 같은 복잡한 농업 문제를 해결하기 위해 특성을 설계하거나 인간 질병 치료를위한 유전자 치료의 약속을 실현하기 위해, 현장에서 더 발전이 여전히 필요합니다. 중요한 고려 사항은 세포 또는 유기체로 유전 구조의 안전하고 효율적인 납품을 포함하고, 최소한의 "오프 표적"효과와 유기체의 게놈에 원하는 수정의 설립. 유전 공학의 JoVE의 개요는 유전 물질로 DNA를 확인하고 DNA를 수정하는 공구의 발달로 이끌어 내는 발견을 강조하는 필드의 역사를 제시할 것입니다. 유전 공학의 과정을 개선하기 위해 대답해야 하는 주요 질문은 유전 엔지니어가 사용하는 다양한 도구와 함께 소개될 것입니다. 마지막으로, 오늘 현장에서 실험적인 질문과 전략의 유형을 보여주는 여러 응용 프로그램을 조사할 것입니다.

현대 생물학에서 가장 널리 사용되는 도구 중 하나는 제한 효소를 가진 분자 복제이며, 이는 DNA 단편 간에 호환되는 끝을 만들어 결합 할 수 있습니다. 그러나, 이 기술은 크거나 복잡한 DNA 구조물 생성을 위한 그것의 적용성을 제한하는 특정 제한이 있습니다. 이러한 단점 중 일부를 해결하는 새로운 기술은 동종 재조합 (HR)을 사용하여 DNA를 수정하는 재결합, 유사하거나 동일한 서열의 뻗어에 따라 다른 DNA 분자 사이의 교환. 특정 loci에서 유기체의 게놈을 변경하는 내인성 HR을 활용하는 유전자 타겟팅과 함께 HR 기반 복제 기술은 고처리량 유전 공학의 속도와 효능을 크게 향상했습니다.본 영상에서는 세균성 인공 염색체(BAC)와 같은 재조합 능력이 있는 유기체 및 게놈 라이브러리를 포함한 재결합 실험을 수행하는 데 필요한 기본 구성 요소뿐만 아니라 HR의 원리를 소개합니다. 그런 다음 재결합을 사용하여 궁극적으로 배아 줄기 세포로 트랜스로 감염되어 형질전환 동물을...

게놈에서 특정 서열을 수정하기위한 잘 확립 된 기술은 동종 재조합에 의해 유전자 표적화이지만,이 방법은 힘들 수 있으며 특정 유기체에서만 작동합니다. 최근의 어드밴스는 특정 서열을 인식하는 단백질 또는 RNA에 의해 게놈 부위를 표적으로 유도하는 엔지니어링 된 뉴클레아제 효소를 사용하여 DNA에서 이중 가닥 휴식을 유도하여 작동하는 "게놈 편집"의 개발로 이어졌습니다. 세포가 이 손상을 복구하려고 할 때, 돌연변이는 표적으로 한 DNA 지역으로 소개될 수 있습니다. 이 비디오에서 JoVE는 게놈 편집의 원리를 설명하며 이 기술이 DNA 수리 메커니즘과 어떻게 관련이 있는지 강조합니다. 그런 다음 아연 손가락 뉴클레아제, TALENs 및 CRISPR-Cas9 시스템과 같은 세 가지 주요 게놈 편집 방법을 검토하고 CRISPR을 사용하여 포유류 세포에서 표적 유전 적 변화를 만드는 프로토콜을 검토합니다. 마지막으로, 우리는 모형 유기체 또는 배양된 세포에 있는 유전 물질을 바꾸기...