استهداف الجين

عملية استهداف الجينات (بالإنجليزية: Gene targeting)‏ استهداف الجين (أيضا، استبدال إستراتيجية تقوم على إعادة التركيب مثلي) هي تقنية الجينية التي تستخدم إعادة التركيب مثلي إلى تغيير الجينات الذاتية. طريقة يمكن استخدامها لحذف الجينات، الإكسونات إزالتها، إضافة الجينات، واستحداث الطفرات نقطة. استهداف الجينات يمكن أن تكون دائمة أو مشروطة. يمكن أن تكون الظروف وقت محدد خلال تنمية / حياة الكائن الحي أو الاقتصار على نسيج معين، على سبيل المثال. استهداف الجينات يتطلب إنشاء ناقلات محددة لكل جينة من الفائدة. ومع ذلك، فإنه يمكن استخدامها في أي الجينات، بغض النظر عن النشاط النسخي أو حجم الجين

استهداف جين فأر كميري لجين الأغوطي المغطى بلون، مع ذريتّه

الطرائق المُتّبعة

تمّ تأسيس طرق استهداف الجينات ووضعها للعديد من الكائنات النموذجية ويمكن لها أن تختلف تبعاً للأنواع المستخدمة. وبشكل عام فإن الإجراء البنائي المستهدف للحمض النووي قد تم إنتاجه في البكتيريا. وعادة ما تحتوي هذه العملية على استهداف جزء من الجين وهو الجين المراسل (بالإنجليزية: reporter gene)‏ وعلى مؤشر أو علامة اختيارية «سائدة».

ومن أجل استهداف الجينات في الفئران، فإن هذا البناء سوف يتم إدراجه إلى داخل الخلايا الجينية الجذعية للفأر في مزرعة خلوية. وبعد أن يتم تحديد الخلايا التي تحتوي على التركيب أو الإدراج الصحيح، فإنه يمكن استخدامها للمساهمة في أنسجة فأر معين وذلك عن طريق الجقن الجنيني. وأخيراً، يتم اختيار الفئران الكميرية والتي تكون فيها الخلايا المعدلة الأعضاء التناسلية خاصة لتربيتها ولتكاثرها. وبعد هذه الخطوة، فإن الجسم الكامل لهذا الفأر يكون معتمداً على الخلية الجذعية الجنينية التي قد تم اختيارها مسبقاً.

ومن أجل استهداف في طحلب معين، فإن هذا البناء تم تحضينه مع بروتوبلاستات «جبلات مجردة» معزولة حديثا وأيضا مع البولي إيثيلين جلايكول. ولأن الحزازيات هي كائنات أحادية المجموعة الصبغية ^[1]، فإن إعادة إنتاج الخيوط الحزازية «يطلق عليها البروتونيما» يمكن أن تعرض أو تفز مباشرة من أجل استهداف الجينات إما عن طريق معالجتها بالمضادات الحيوية أو تفاعل البوليميراز المتسلسل. وما يعتبر فريد من نوعه ما بين النباتات، هذه العملية أو الإجراء لعلم الوراثة الانعكاسي كما هو الحال في الخميرة.^[2] وعن طريق استخدام بعض الإجراءات المعدلة، فإن عملية استهداف الجينات قد تم تطبيقها بنجاح أيضا في حالة الماشية والأغنام والخنازير والعديد من الفطريات. ويمكن تعزيز عملية تواتر أو تكرار استهداف الجينات بشكل ملحوظ من خلال استخدام إنزيمات الإندونيكلياز المهندسة وراثيا مثل إنزيم إصبع الزنك نيوكلياز،^[3] وإنزيمات الإندونيكلياز المهندسة الموجهة ^[4]، وأيضاً النيوكلياز المعتمد أو القائم على المؤثرات "TAL" المهندسة وراثياً ^[5] وحتى الآن، فإنه قد تم تطبيق هذا الأسلوب على عدد من الأنواع بما في ذلك الدروسوفيلا ميلانوجاستير ^[3]، التبغ ^[6]^[7]، الذرة ^[8]، الخلايا البشرية ^[9]، الفئران وأيضاً الجرذان.

مقارنة مع اصطياد الجينات

تستند اصطياد الجينات على إدراجات عشوائية من شريط وذلك عندما يتم استهداف جين محدد. ويمكن استخدام الشرائط لأغراض مختلفة كثيرة في حين أن المناطق المرافقة المماثلة لشرائط استهداف الجينات تكون بحاجة إلى أن تتكيف في حالة كل جين وهذا ما يجعل محاصرة أو تعويض الجينات أكثر تقبلا واستعدادا للمشاريع واسعة النطاق عن عملية الاستهداف. من ناحية أخرى، فإنه يمكن استخدام استهداف الجينات للجينات ذات معدلات النسخ القليلة والتي لا يتم اكتشافها في شاشة الحصار أو الفخ.أيضا فإن احتمال المحاصرة أو التعويض يزداد مع حجم الإنترون. وبالنسبة لاستهداف الجينات، فإن هذه الجينات المضغوطة أو المدمجة ليست سوى تغيير سهل الحدوث.

التطبيقات

عملية الاستهداف للجينات قد تم استخدامها على نطاق واسع من أجل دراسة الأمراض الوراثية البشرية وذلك بإزالة أو بإضافة طفرات محددة ذات أهمية لمجموعه متنوعه من النماذج حيث تم استخدام هذه العملية مسبقاً من أجل هندسة نماذج خلايا الفئران. والتقدم في تقنية استهداف الجينات يعمل على تمكين خلق موجة جديدة من نماذج الأمراض البشرية الأيزوجينية. وهذه النماذج تعتبر الأكثر دقة في المختبرات الموجودة في متناول الباحثين حتى الآن كما أنها تعمل على تسهيل تطوير عقاقير جديدة مخصصة وأيضاً عملية التشخيص لاسيما في مجال السرطان.^[10]

جائزة نوبل 2007

ماريو كابيتشي ومارتن إيفانز وأوليفر سميث قد تم الإعلان عنهم كالفائزين بجائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 2007 وذلك لعملهم على «المبادئ لتقديم تعديلات أو تحورات جين معين في الفئران وذلك باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية» أو استهداف الجينات.^[11]

انظر أيضاً

قائمة الجينات البشرية
Mus musculus (فأر المنازل، وهو كائن نموذجي شائع)
"physcomitrella patens" (هو النبات الوحيد الذي يتوافر ويتاح فيه استهداف الجينات، اعتبارا من عام 1998 ^[12])
المستقبلات الشبيهة بالأرقام أو الحصيلة (مثال لجين مستهدف للتحليل)

المراجع

^ Ralf Reski ^{[الإنجليزية]} (1998):Development,علم الوراثة and علم الأحياء الجزيئي of mosses. Botanica Acta 111, 1-15
^ Ralf Reski ^{[الإنجليزية]}(1998):Physcomitrella ^{[الإنجليزية]} and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. Trends Plant in Science 3, 209-210.1 نسخة محفوظة 26 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.
^ ^ا ^ب a b Bibikova, M.; Beumer, K.; Trautman, J.; Carroll, D. (2003). "Enhancing Gene Targeting with Designed Zinc Finger Nucleases". Science 300 (5620): 764.doi:10.1126/science.1079512.PMID 12730594. edit نسخة محفوظة 11 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
^ Grizot, S.; Smith, J.; Daboussi, F.; Prieto, J.; Redondo, P.; Merino, N.; Villate, M.; Thomas, S. et al. (2009). "Efficient targeting of a SCID gene by an engineered single-chain homing endonuclease". Nucleic Acids Research 37 (16): 5405.doi:10.1093/nar/gkp548.PMC 2760784.PMID 19584299. edit نسخة محفوظة 24 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
^ Miller, J. C.; Tan, S.; Qiao, G.; Barlow, K. A.; Wang, J.; Xia, D. F.; Meng, X.; Paschon, D. E. et al. (2010). "A TALE nuclease architecture for efficient genome editing". Nature Biotechnology 29 (2): 143.doi:10.1038/nbt.1755.PMID 21179091. edit نسخة محفوظة 09 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.
^ Cai, C. Q.; Doyon, Y.; Ainley, W. M.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Rock, J. M.; Lee, Y. L. et al. (2008). "Targeted transgene integration in plant cells using designed zinc finger nucleases". Plant Molecular Biology 69 (6): 699. doi:10.1007/s11103-008-9449-7^{[وصلة مكسورة]}.PMID 19112554. edit نسخة محفوظة 11 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
^ Townsend, J. A.; Wright, D. A.; Winfrey, R. J.; Fu, F.; Maeder, M. L.; Joung, J. K.; Voytas, D. F. (2009)."High-frequency modification of plant genes using engineered zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 442.doi:10.1038/nature07845.PMC 2743854.PMID 19404258. edit نسخة محفوظة 05 أغسطس 2011 على موقع واي باك مشين.
^ Shukla, V. K.; Doyon, Y.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Worden, S. E.; Mitchell, J. C.; Arnold, N. L. et al. (2009). "Precise genome modification in the crop species Zea mays using zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 437. doi:10.1038/nature07992.PMID 19404259. edit نسخة محفوظة 13 مارس 2010 على موقع واي باك مشين.
^ Urnov, F. D.; Miller, J. C.; Lee, Y. L.; Beausejour, C. M.; Rock, J. M.; Augustus, S.; Jamieson, A. C.; Porteus, M. H. et al. (2005). "Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases". Nature 435 (7042): 646.doi:10.1038/nature03556.PMID 15806097. edit نسخة محفوظة 21 فبراير 2015 على موقع واي باك مشين.
^ A Panel of Isogenic Human Cancer Cells Suggests a Therapeutic Approach for Cancers with Inactivated p53 Proc Natl Acad Sci U S A Printed online at www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0813333106
^ "Press Release: The 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine". Retrieved 2007-10-08 نسخة محفوظة 14 أغسطس 2018 على موقع واي باك مشين.
^ Arabidopsis gene knockout: phenotypes wanted ^{[وصلة مكسورة]} نسخة محفوظة 26 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.

وصلات خارجية

guide to gene targeting by the University of California, San Diego
outline of gene targeting by the University of Michigan
gene targeting diagram & summary by Heydari lab, Wayne State University
research highlights on reporter genes used in gene targeting
Targeted gene replacement in barley

[1] Ralf Reski ^{[الإنجليزية]} (1998):Development,علم الوراثة and علم الأحياء الجزيئي of mosses. Botanica Acta 111, 1-15

[2] Ralf Reski ^{[الإنجليزية]}(1998):Physcomitrella ^{[الإنجليزية]} and Arabidopsis: the David and Goliath of reverse genetics. Trends Plant in Science 3, 209-210.1 نسخة محفوظة 26 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.

[a_b_Bibikova,_M.-3] ا ^ب a b Bibikova, M.; Beumer, K.; Trautman, J.; Carroll, D. (2003). "Enhancing Gene Targeting with Designed Zinc Finger Nucleases". Science 300 (5620): 764.doi:10.1126/science.1079512.PMID 12730594. edit نسخة محفوظة 11 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.

[4] Grizot, S.; Smith, J.; Daboussi, F.; Prieto, J.; Redondo, P.; Merino, N.; Villate, M.; Thomas, S. et al. (2009). "Efficient targeting of a SCID gene by an engineered single-chain homing endonuclease". Nucleic Acids Research 37 (16): 5405.doi:10.1093/nar/gkp548.PMC 2760784.PMID 19584299. edit نسخة محفوظة 24 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.

[5] Miller, J. C.; Tan, S.; Qiao, G.; Barlow, K. A.; Wang, J.; Xia, D. F.; Meng, X.; Paschon, D. E. et al. (2010). "A TALE nuclease architecture for efficient genome editing". Nature Biotechnology 29 (2): 143.doi:10.1038/nbt.1755.PMID 21179091. edit نسخة محفوظة 09 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.

[6] Cai, C. Q.; Doyon, Y.; Ainley, W. M.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Rock, J. M.; Lee, Y. L. et al. (2008). "Targeted transgene integration in plant cells using designed zinc finger nucleases". Plant Molecular Biology 69 (6): 699. doi:10.1007/s11103-008-9449-7^{[وصلة مكسورة]}.PMID 19112554. edit نسخة محفوظة 11 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.

[7] Townsend, J. A.; Wright, D. A.; Winfrey, R. J.; Fu, F.; Maeder, M. L.; Joung, J. K.; Voytas, D. F. (2009)."High-frequency modification of plant genes using engineered zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 442.doi:10.1038/nature07845.PMC 2743854.PMID 19404258. edit نسخة محفوظة 05 أغسطس 2011 على موقع واي باك مشين.

[8] Shukla, V. K.; Doyon, Y.; Miller, J. C.; Dekelver, R. C.; Moehle, E. A.; Worden, S. E.; Mitchell, J. C.; Arnold, N. L. et al. (2009). "Precise genome modification in the crop species Zea mays using zinc-finger nucleases". Nature 459 (7245): 437. doi:10.1038/nature07992.PMID 19404259. edit نسخة محفوظة 13 مارس 2010 على موقع واي باك مشين.

[9] Urnov, F. D.; Miller, J. C.; Lee, Y. L.; Beausejour, C. M.; Rock, J. M.; Augustus, S.; Jamieson, A. C.; Porteus, M. H. et al. (2005). "Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases". Nature 435 (7042): 646.doi:10.1038/nature03556.PMID 15806097. edit نسخة محفوظة 21 فبراير 2015 على موقع واي باك مشين.

[10] A Panel of Isogenic Human Cancer Cells Suggests a Therapeutic Approach for Cancers with Inactivated p53 Proc Natl Acad Sci U S A Printed online at www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0813333106

[11] "Press Release: The 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine". Retrieved 2007-10-08 نسخة محفوظة 14 أغسطس 2018 على موقع واي باك مشين.

[12] Arabidopsis gene knockout: phenotypes wanted ^{[وصلة مكسورة]} نسخة محفوظة 26 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

وصلة مكسورة