挿入（遺伝学）

遺伝学において、挿入（挿入変異とも呼ばれる）とは、 DNA配列に1つ以上のヌクレオチド塩基対が追加されることである。これは、 DNAポリメラーゼの滑りによりマイクロサテライト領域でよく起こる。挿入は、DNA配列に誤って挿入された1つの塩基対から、ある染色体の一部が別の染色体に挿入されるまで、さまざまなサイズになり得る。最小の単一塩基挿入変異のメカニズムは、テンプレート鎖とプライマー鎖の間で塩基対が分離し、その後、DNAポリメラーゼ活性部位内で局所的に発生する非隣接塩基スタッキングによるものと考えられている。^[1]染色体レベルでは、挿入とは染色体へのより大きな配列の挿入を指す。これは、減数分裂中の不等交差により起こる可能性がある。

N 領域の追加は、末端デオキシヌクレオチド転移酵素による組み換え中にコード化されていないヌクレオチドが追加されることです。

P ヌクレオチド挿入は、組み換え遺伝子セグメントの末端によってコード化された回文配列の挿入です。

トリヌクレオチド繰り返しは挿入変異^[2]^[3]に分類され、時には別のクラスの変異として分類されることもある。^[4]

方法

ジンクフィンガーヌクレアーゼ（ZFN）、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ（TALEN）、およびCRISPR遺伝子編集は、前者の研究で遺伝子挿入を実現するために使用される3つの主な方法です。そして、CRISPR / Casツールはすでに、現在の研究で最もよく使用される方法の1つになっています。

CRISPR/Casツールに基づいて、特定の機能を達成するためのさまざまなシステムがすでに開発されています。たとえば、1つの戦略は、通常のCas9タンパク質とシングルガイドRNA （sgRNA）を使用して二本鎖ヌクレアーゼ切断システムであり、 DNA修復システムを使用して末端結合または分裂細胞を介して遺伝子挿入を実現します。^[5]もう1つの例は、Cas9ニッカーゼと標的遺伝子を運ぶプライム編集ガイドRNA（pegRNA）を使用するプライム編集システムです。 ^[5]

現在の技術の限界の一つは、DNAの正確な挿入のためのサイズがゲノム研究の需要を満たすのに十分ではないことである^{[6] 。RNA誘導DNA転座は、この問題を解決するための新興分野である。}^[7]ゲノム工学分野では、より効率的な方法が開発され、適用されることが期待されている。

効果

挿入は、遺伝子のアミノ酸コード領域であるエクソンで発生した場合、特に危険です。挿入されたヌクレオチドの数が 3 で割り切れない場合、つまりコドンあたりのヌクレオチドの数である場合、遺伝子の通常の読み取りフレームが変更されるフレームシフト変異が発生します。フレームシフト変異は、突然変異後の遺伝子によってコードされるすべてのアミノ酸を変更します。通常、挿入とそれに続くフレームシフト変異により、遺伝子のアクティブな翻訳が未熟な終止コドンに遭遇し、翻訳が終了して短縮されたタンパク質が生成されます。フレームシフト変異を含む転写物は、翻訳中にナンセンス介在分解によって分解される可能性があり、その結果、タンパク質産物が生成されません。翻訳された場合、短縮されたタンパク質は適切に機能できないか、まったく機能しないことが多く、挿入が発生した遺伝子に応じてさまざまな遺伝性疾患を引き起こす可能性があります。^[8]

インフレーム挿入は、挿入の結果として読み取りフレームが変更されない場合に発生します。挿入されたヌクレオチドの数は 3 で割り切れます。挿入後も読み取りフレームはそのまま残り、挿入されたヌクレオチドが終止コドンをコードしていない場合は、翻訳は完了する可能性が高くなります。ただし、挿入されたヌクレオチドのため、完成したタンパク質には、挿入のサイズに応じて、タンパク質の機能に影響を与える可能性のある複数の新しいアミノ酸が含まれます。

参照

参考文献

^ Banavali, Nilesh K. (2013). 「DNA二重鎖末端付近の鎖滑りには部分的な塩基反転で 十分」アメリカ化学会誌。135 (22): 8274–8282. doi :10.1021/ja401573j. PMID 23692220.
^ 「メカニズム: 遺伝的変異: 突然変異の種類」。進化論 101: 教師のための進化論の理解。カリフォルニア大学古生物学博物館。2009 年 4 月 14 日時点のオリジナルからアーカイブ。2009年 9 月 19 日閲覧。] 教師のための進化論の理解ホーム。2009年9月19日閲覧
^ Brown, Terence A. (2007). 「16 突然変異と DNA 修復」.ゲノム 3. Garland Science. p. 510. ISBN 978-0-8153-4138-3。
^ ファラオーネ、スティーブン V.; ツアン、ミン T.; ツアン、デビー W. (1999)。「5 分子遺伝学と精神疾患: 疾患メカニズムの探求: 突然変異の種類」。精神疾患の遺伝学: 学生、臨床医、研究者のためのガイド。ギルフォードプレス。p. 145。ISBN 978-1-57230-479-6。
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^ Wang, Joy Y.; Doudna, Jennifer A. (2023). 「CRISPR技術：ゲノム編集の10年は始まりに過ぎない」. Science . 379 (6629): eadd8643. doi :10.1126/science.add8643. PMID 36656942. S2CID 255966509.
^ Shmilovici, A.; Ben-Gal, I. (2007). 「EST配列の潜在的コーディング領域の再構築にVOMモデルを使用する」(PDF) . Journal of Computational Statistics . 22 (1): 49–69. doi :10.1007/s00180-007-0021-8. S2CID 2737235. 2020-05-31にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014-01-10に取得。

さらに読む

ピアス、ベンジャミン A. (2013)。遺伝学：概念的アプローチ（第 5 版）。WH フリーマン。ISBN 978-1-4641-5084-5。

[1] ^ Banavali, Nilesh K. (2013). 「DNA二重鎖末端付近の鎖滑りには部分的な塩基反転で 十分」アメリカ化学会誌。135 (22): 8274–8282. doi :10.1021/ja401573j. PMID 23692220.

[2] 「メカニズム: 遺伝的変異: 突然変異の種類」。進化論 101: 教師のための進化論の理解。カリフォルニア大学古生物学博物館。2009 年 4 月 14 日時点のオリジナルからアーカイブ。2009年 9 月 19 日閲覧。] 教師のための進化論の理解ホーム。2009年9月19日閲覧

[3] Brown, Terence A. (2007). 「16 突然変異と DNA 修復」.ゲノム 3. Garland Science. p. 510. ISBN 978-0-8153-4138-3。

[4] ファラオーネ、スティーブン V.; ツアン、ミン T.; ツアン、デビー W. (1999)。「5 分子遺伝学と精神疾患: 疾患メカニズムの探求: 突然変異の種類」。精神疾患の遺伝学: 学生、臨床医、研究者のためのガイド。ギルフォードプレス。p. 145。ISBN 978-1-57230-479-6。

[:0-5] Anzalone, Andrew V.; Koblan, Luke W.; Liu, David R. (2020). 「CRISPR–Casヌクレアーゼ、塩基エディター、トランスポザーゼ、プライムエディターによるゲノム編集」。Nature Biotechnology . 38 (7): 824–844. doi :10.1038/s41587-020-0561-9. PMID 32572269. S2CID 256820370.

[6] サン、チャオ;レイ、ユアン。李、房州。ガオ、チャン。リー、ユンジア。曹、文。ヤン、チャオ。リー・ホンチャオ。王志偉。リー、ヤン。王延鵬。劉潤；チャオ、ケビン・ティアンメン。高、蔡霞（2023）。「PrimeRoot エディターを使用した植物ゲノム内の大きな DNA 配列の正確な統合」。ネイチャーバイオテクノロジー：1-12。土井：10.1038/s41587-023-01769-w。PMID 37095350。S2CID 258311438 。

[7] Wang, Joy Y.; Doudna, Jennifer A. (2023). 「CRISPR技術：ゲノム編集の10年は始まりに過ぎない」. Science . 379 (6629): eadd8643. doi :10.1126/science.add8643. PMID 36656942. S2CID 255966509.

[8] Shmilovici, A.; Ben-Gal, I. (2007). 「EST配列の潜在的コーディング領域の再構築にVOMモデルを使用する」(PDF) . Journal of Computational Statistics . 22 (1): 49–69. doi :10.1007/s00180-007-0021-8. S2CID 2737235. 2020-05-31にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014-01-10に取得。