زیست شناسی مولکولی- مهندسی ژنتیک

Human embryonic stem cells have been coaxed into becoming neural crest stem cells, an important cell type in the developing embryo. These findings, reported online in Nature Biotechnology, will make it possible to produce human neural crest stem cells in large numbers to study the development and diseases of the peripheral nervous system

During development, embryonic stem cells give rise to all the specialized cell types in the body, but finding methods to mimic this process in a laboratory dish is challenging. The neural crest region of the embryo is of special interest because it gives rise to neurons and glia of the peripheral nervous system and various non-neural cells involved in the formation of cartilage, bone, muscle and other tissues. Studer and colleagues describe the isolation of neural crest stem cells from human embryonic stem cells and their differentiation into peripheral neurons and Schwann cells and into cells that express markers of fat, cartilage, bone and smooth muscle

In another paper in Nature Biotechnology, Gordon Keller and colleagues have identified a particular site in the human genome (ROSA26) that is similar to one routinely used to introduce genes into the mouse genome. They show that this site is useful for adding genes to a human embryonic stem cell line

Available Abstracts

Paper 1
Paper 2

In the November 15th issue of G&D, Dr. Gary Ruvkun and colleagues present the first genome-wide RNAi screen to identify genes that normally delay the onset of aging in C. elegans deficient in the insulin signaling component, daf-2. While previous studies have focused upon genes that extend lifespan when inactivated, this study revolves around genes whose function normally declines throughout life and therefore underlie the aging process. The researchers identified roughly 100 new aging genes ­ most of which are conserved in other animals, including humans. Dr. Ruvkun is confident that “Because humans and worms share about half their genes, it is likely that many of the human counterparts to these worm genes are important in human lifespan as well

روشهاي مولكولي مهندسي ژ‍نتيك براي شناسايي جهش ها( بخش 2)

براي شناسايي جهشها در ژنها و تشخيص مولكولي بيماريها، از روشهاي مختلفي در مهندسي ژنتيك استفاده مي شود. انتخاب روشي كه براي شناسايي جهش مورد استفاده قرار مي گيرد، به نوع جهش، اطلاعات موجود در مورد ساختار ژن و حالت بيماري بستگي دارد. به كمك برخي از روشهاي شناسايي جهشها فقط مي توان وقوع جهش را مشخص كرد اما نمي توان به نوع آن پي برد، اين روشها فقط براي تشخيص بيماري بكار مي روند. اما به كمك برخي از روشها ميتوان نوع جهش را نيز مشخص كرد.

1-     بررسي قطعات حاصل از اثر آنزيمهاي محدود كننده RFLP :

در اثر جهشهاي مختلف، توالي DNA تغيير ميكند. اين تغييرات گاهي باعث تغيير جايگاه اثر آنزيمهاي محدود كننده مي شود. در اثر برخي از اين جهشها، جايگاه اثر آنزيم محدود كننده حذف مي شود و در اثر برخي ديگر از اين جهش ها جايگاه جديدي براي آنزيم محدود كننده ايجاد مي شود. به همين دليل، قطعات حاصل از برش تواليهاي جهش يافته با آنزيمهاي محدود كننده، نسبت به قطعات حاصل از برش تواليهاي طبيعي، داراي پلي مورفيسم مي باشند كه به اين پلي مورفيسم RFLP گفته مي شود.

با الكتروفورز كردن قطعات حاصل از برش توسط آنزيمهاي محدود كننده و شمارش قطعات حاصل از آنزيمها، مي توان به بروز موتاسيون پي برد. بعنوان مثال، براي شناسايي جهش در كدون شماره ششم ژن هموگلوبين β از اين روش استفاده مي شود. در اثر جهشي در اين كدون، كه منجر به كم خوني داسي شكل مي شود، كدون GAG(VAL) به GTG(Glu) تبديل مي شود. يكي از جايگاههاي اثر آنزيم محدود كننده MstІІ نيز در اين ناحيه قرار دارد. اين آنزيم توالي CCTGAGG را شناسايي ميكند و ژن هموگلوبين β سالم را در سه جايگاه برش ميدهد. در اثر جهش در كدون ششم اين جايگاه به CCTGTGG تبديل مي شود كه ديگر مورد شناسايي اين آنزيم قرار نمي گيرد. آنزيم محدود كننده DdeІ نيز كاربرد مشابهي براي شناسايي جهش فوق دارد. اين آنزيم توالي CTNAG را شناسايي مي كند كه در اثر جهش، اين آنزيم جايگاه شناسايي خود را از دست ميدهد. همچنين مي توان از آنزيم محدود كننده Bsu36І براي شناسايي اين جهش استفاده كرد.

در برخي موارد بيان نشدن ژن به علت متيله شدن غير عادي تواليهاي تنظيمي برخي ژنها است. اين متيلاسيون در اثر اشتباه آنزيمهاي متيله كننده DNA(DNA-MTase) كه تواليهاي CpG را متيله مي كنند روي ميدهد. آنزيم محدود كننده NotІ تواليهاي GCGGCCGC را شناسايي ميكند اما در صورتيكه اين تواليها متيله شده باشند، اين آنزيم قادر به شناسايي آنها نيست و بنابراين جايگاه خود را از دست مي دهد. با استفاده از اين آنزيم، مي توان تواليهايي را كه بطور اشتباه متيله شده اند را شناسايي كرد.

در بيماريهاي TRED، علت بيماري بعلت افزايش تواليهاي تري نوكلئوتيدي است. گسترش تواليهاي تري نوكلئوتيدي باعث تغيير فاصله بين جايگاههاي شناسايي آنزيمهاي محدود كننده و تغيير اندازه قطعات حاصل از اثر آنزيمهاي محدود كننده مي شود. براي مثال توالي تري نوكلئوتيدي GAA در ژن كد كننده پروتئين فراتاكسين FRDA كه بر روي كروموزوم 19 در ناحيه 19q13 قرار دارد، در بيماران مبتلا به اتاكسي فردريك افزايش مي يابد. توالي GAA در ژن افراد سالم داراي 7 تا 12 تكرار است. ولي در ژن افراد بيمار تا 1300 بار تكرار مي شود. آنزيم محدود كننده BclІ توالي TGATCA را كه در دو طرف قطعات تكراري قرار دارند شناسايي مي كند. از اين آنزيم براي شناسايي آلل هاي بيماريزا و همچنين محاسبه ميزان گسترش تواليهاي تكراري استفاده مي شود.

بيماريهاي ‍ژنتيكي در اثر وقوع انواع جهشها (جهشهاي نقطه اي، حذف، تعويض، مضاعف شدن، جابجايي و معكوس شدن) ، در ژ‍نها ايجاد مي شوند. اين جهشها ممكن است در توالي هاي ساختاري ژن و يا تواليهاي تنظيمي روي دهند. جهش در تواليهاي ساختاري ممكن است باعث بيان پروتئيني شود كه فعاليت زيستي آن كاهش يافته است و يا هيچ فعاليت زيستي ندارد. برخي جهشها در تواليهاي ساختاري باعث بيان پروتئين هايي ميشود كه داراي فعاليت زيستي جديدي هستند. اين نوع جهشها ، جهشهاي نئومورف ناميده مي شوند. براي مثال، در بيماري هانتينگتون، جهش نئومورف درژن كد كننده پروتئين كد كننده هانتينگتون، منجر به بيان پروتئيني مي شود كه داراي خواص جديدي است. اين پروتئين هاي جهش يافته با اتصال به يكديگر، توده هاي درون سلولي ايجاد ميكنند كه باعث بيماري هانتينگتون مي شوند.

در صورتيكه جهش در توالهاي تنظيمي واقع شود، ميزان بيان ژن تغيير كرده و در نتيجه ژن از ميزان عادي بيشتر و يا كمتر بيان مي شود. در برخي موارد تغيير در الگوي متيلاسيون توالهاي تنظيمي، بر ميزان بيان ژن تاثير مي گذارد. به جهشي كه باعث افزايش بيان ژن مي شود، جهش هايپرمورف و به جهشي كه منجر به كاهش بيان ژن مي شود جهش هايپومورف گفته مي شود. برخي جهشها در تواليهاي تنظيمي بطور كلي مانع از بيان ژن مي شوند. اين جهش ها آمورف ناميده مي شوند.

براي درمان بيماريهاي ژنتيكي لازم است ژن اصلي عامل بيماري  مشخص شود. در بسياري از موارد با مشاهده فنوتيپ بيماري نمي توان ژن جهش يافته كه موجب بيماري شده است را مشخص كرد. ممكن است جهش در ژنهاي مختلف علائم بيماري ( فنوتيپ) يكساني داشته باشند. اين مساله، بويژه در ژنهاي كد كننده آنزيمهايي كه در يك مسير عمل مي كنند، ديده مي شود. جهش در هر يك از ژنهاي كد كننده اين آنزيمها منجر به ايجاد محصول نهايي و ايجاد فنوتيپ يكساني مي شود. همچنين گاهي جهش در يك ژن ممكن است منجر به بروز فنوتيپ هاي مختلفي شود كه اين امر به نوع جهش و محل جهش بستگي دارد. براي مثال، جهش در ژن lmna1 ( كه در ناحيه 1q21.2 قرار دارد)، بر حسب محل جهش، منجر به بيماريهاي مختلفي مانند:CMT¹,LGMD² و EDMD³ ميشوند.

در برخي موارد ممكن است نقص در يك پروتئين يا آنزيم بعلت جهش در ژن كد كننده آن نباشد، بلكه نارسايي فاكتورهاي لازم براي رونويسي از آن علت اصلي بيماري است. براي بيان برخي از ژنها در بافتهاي معين به حضور فاكتورهاي رونويسي خاص نياز است. و در صورت جهش در ژن كد كننده اين فاكتورها، فنوتيپي مشابه با وقتي كه ژن كد كننده پروتئين، جهش يافته است، ايجاد مي شود. همچنين گاهي بيان پروتئين مورد نظر بدون هيچ نقصي انجام ميشود ولي براي اينكه پروتئين ها فعال شوند، لازم است بوسيله پروتئين ها و آنزيمهاي ديگر بر روي آن تغييراتي اعمال شود. براي مثال پروتئين هاي چپرون و پروتئين هاي چپرونين، باعث تغيير ساختار فضايي پروتئين شده، آنزيمهاي پروتئين دي سولفيد ايزومراز باعث تغيير پيوندهاي دي سولفيد شده و يا آنزيمهاي گليكوزيل ترانسفراز در شبكه اندوپلاسمي و دستگاه گلژي، باعث گليكوزيله شدن پروتئين ها مي شوند. جهش در ژن كد كننده هر يك از اين پروتئين ها و آنزيمها، نيز مي تواند منجر به ايجاد فنوتيپي مشابه با وقتي كه ژن كد كننده مورد نظر جهش يافته است بشوند. بنابراين براي شناسايي علت اصلي بيماري لازم است مشخص شود جهش در كداميك از ژنهاي مورد ظن روي داده است. با شناسايي ژن اصلي عامل بيماري مي توان روش درماني مناسبي را اتخاذ كرد. در اين موارد بررسيهاي بيوشيميايي و الكتروفورز پروتئينهاي سلولي مي تواند كمك زيادي به شناسايي ژن اصلي بيماري كند. براي مثال فرض كنيد بيماري با فنوتيپ: قد بلند، انگشتان كشيده، نارسايي قلبي و عروقي، تضعيف بافت همبند، تضعيف ليگامنت هاي عدسيه چشم و جابجا شدن عدسي به پزشك مراجعه مي كند. فنوتيپ باليني، مشابه فنوتيپ افراد مبتلا به سندروم مارفان و يا هموسيستينوري نوع І مي باشد. سندروم مارفان به علت نقص در فيبريلين كه يكي از گليكوپروتئين هاي ماتريكس خارج سلولي (ECM) است، ايجاد مي شود و هموسيستينوري بعلت نقص در آنزيم سيستاتيون سنتتاز ايجاد مي شود. اين آنزيم هموسيستئين را به سيستاتيون تبديل مي كند. پس احتمال دارد، فرد مذكور مبتلا به يكي از دو بيماري فوق باشد. با بررسيهاي بيوشيميايي و الكتروفورز پروتئينهاي سلولي و عصاره بين سلولي فرد بيمار، مشخص مي شود كه در عصاره سلولي اين فرد، آنزيم سيستاتيون سنتتاز وجود دارد ولي در عصاره بين سلولي وي، گليكوفيبريلين وجود ندارد. پس علت بيماري فقدان فيبريلين ماتريكس بين سلولي است. در انسان دو ژن هومولوگ بنام FBN1( بر روي كروموزوم 15 در ناحيه 15q21.1) و FBN2 ( كروموزوم 5) پروتئين پيش ساز فيبريلين را كد مي كنند. كه جهش در هر يك از اين دو ژن مي تواند علت بيماري باشد. همچنين در گليكوزيله شدن فيبريلين و ترشح آن آنزيمهاي گليكوزيل ترانسفراز متعددي نقش دارند كه جهش در ژن كد كننده هر يك از آنها مي تواند مانع از گليكوزيله شدن و ترشح فيبريلين به ماتريكس بين سلولي شود. براي تشخيص علت اصلي اين بيماري بايد هر يك از اين ژنها در مورد وجود جهش هاي بيمايزا بررسي شوند.

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

پی نوشت:

نتایج یک تحقیق در دانشگاه منچستر انگلستان برای درمان اعصاب آسیب دیده در بیماران دیابتی نتایج امیدوار کننده ای را درچند مورد کارآزمایی کلینیکی از خود نشان داده است و ممکن است این  شیوه درمانی روزی  در تمامی مبتلایان به دیابت نوع 2 که دچار نوروپاتی میشوند بکار رود.

این محققین یک فاکتور رونویسی مهندسی ژنتیک شده به نام ZFP-TF را به صورتی طراحی نموده اند که دارای  دو ناحیه شامل: الف- منطقه شناسایی کننده توالی پروموتور VEGF-A که یک فاکتور رشد نورونها است و ب- ناحیه فعال کننده رونویسی  p65  از NFkB  باشد. سپس آنرا درون یک پلاسمید بیان شونده در سلولهای یوکاریوتیک که می تواند پروتئین درمانی مورد نظر را در محیط  پیرامونی عصب آسیب دیده تولید کند کلون نمودند. و این پلاسمید را به محیط پیرامون عصب تزریق نمودند.

فاکتور رونویسی ZFP-TF  موجب تولید بالاتر فاکتور VEGF-Aمی شود و قادر است از پیدایش نوروپاتی در مبتلایان جلوگیری نماید. این فاکتور رونویسی مصنوعی تولید شدن VEGF-A  را در سلولهای محیط کشت نیز القا میکند و مشاهده شد که با بیان شدن VEGF-A  سلولها  از آسیبهای وارد شده در اثر گرسنگی مصون میشوند.

خلاصه مقاله

نویسنده: کاترین بیکر

این کتاب قابل استفاده برای دانشجویان رشته های علوم زیستی میباشد و مقدمات علم ژنتیک و رفتارشناسی را به زبان شیوا و ساده ای برای علاقمندان بیان می دارد.

فصل اول

فصل دوم

فصل سوم

فصل چهارم

فصل پنجم

فصل ششم

واژه نامه

بنا بر يك گزارش جديدي كه در شماره June 2006  مجله Nature Neuroscience انتشار يافته، بكار بردن يك تيماركه حداكثر تا سه روز پس از آسيب به اعصاب بينايي انجام گردد مي تواند به طور گسترده اي سبب بهبود در ترميم عصب بینایی آسيب ديده شود.

آسيب به سيستم اعصاب مركزي قابل ترميم نيست و باعث معلوليت در مصدومين ميشود. در مدلهاي حيواني آزمايشات زيادي براي ترميم فيبرهاي عصبي صورت گرفته است اما در بيشتر موارد اين تيمارها بايد قبل از آسيب انجام گيرد و به همين علت قابل اجرا در انسان نيستند.

در مطالعات قبلي نشان داده شده بود كه درموش rat التهاب ايجاد شده باعث مي شود سلولهایretinal  ganglion دوباره دچار باززايي شوند اما مكانيسم اثر التهاب بر روي باززايي ناشناخته بود. اكنون كشف شده است كه ماكروفا‍ژهاي فعال شده در التهاب يك پروتئيني به نام اونكومودولين -oncomodulin- را سنتز مي كنند. انكومودولين با مشاركت دو افكتور ديگر باعث تقويت شدن پروسه باززايي مي شوند. عملكرد اين مولكول در زماني مي باشد كه چند روز ازآسيب ديدن عصب گذشته است و اين نكته اي بسيار مهم در درمان است. مطالعات ديگري لازم است تا به عنوان مثال دامنه عملكرد اين پروتئين در آسيب هاي نخاع و ميزان ثمربخش بودن آن در انسان مشخص گردد.  

خلاصه مقاله

دانشمندان نشان داده اند كه باكتري هليكوباكتر پيلوري مي تواند به decay-accelerating factor (DAF) كه يك  پروتئين غشايي موجود بر روي سلولهاي اپيتليال معده است متصل شده و از آن به عنوان يك گيرنده اي براي ورود به سلولهاي معده استفاده نمايد. همچنين آنها نشان دادند كه اين باكتري در سلولهاي كشت شده در آزمايشگاه نيز بيان DAF را القا مي نمايد و علاوه بر اين سلولهاي معده اي موشهايي كه فاقد DAF هستند داراي التهاب اندكي مي باشند.

 DAF به عنوان گيرنده در چندين ميكروب بيماريزاي ديگر نيز شناسايي شده است و بلوك كردن اين ميانكنش مي تواند مسير موثري براي ساخت داروهاي جديدي براي جلوگيري از درگيريهاي شديد معده باشد.  

هليكوباكتر پيلوري يك باسيل است كه در لايه موكوسي ضخيمي كه ديواره معده را پوشانده است ميتواند زيست نمايد. اين باكتري در تمام نقاط دنيا ديده شده است. به عنوان مثال 80% از كودكان و 90% از بزرگسالان  در كشورهاي توسعه يافته حامل اين باكتري هستند و اگرچه ممكن است از نظر باليني بدون علامت باشند اما در تست هاي آزمايشگاهي حضور اين باكتري را نشان مي دهند.

اين باكتري در ميزبان خود به صورت آزاد زندگي مي كنند اما تقريبا 20% از آنها به سلولهاي اپيتليالي معده متصل ميگردند. اتصال اين تعداد باكتري سبب ايجاد شدن پاسخهاي ايمني و ايجاد تغييرات در مورفولو‍ژي و رفتار سلولهاي اپيتليالي مورد تهاجم ميشود. نتيجه اين واكنشهاي بين باكتري و ميزبان مي تواند به صورت زخم معده، گاستريك آدنوكارسينوما و لنفوماي غير-هوچكين معده ديده شود.

به علاوه از آنجاييكه پاسخ هاي التهابي درغياب در  موشهاي  آلوده شده با هليكوباكتر ديده نشده مي توان نتيجه گرفت كه اين رسپتور عاملي براي آسيب رسيدن به معده است. با اين كشف مي توان داروهايي براي تداخل كردن با رسپتور DAF ساخت.

خلاصه مقاله

واسطه های فعال اکسیژن به عنوان یکی از عواملی که در ایجاد حالت مقاومت به انسولین نقش دارند شناسایی شده اند. مقاومت به انسولین یک نارسایی مشخص در دیابت نوع 2 میباشد که می تواند در موارد دیگر کلینیکی مانند چاقی و افراد باردار نیز دیده شود.

همانطور که از اسم انها بر می اید، واسطه های فعال اکسیژن فرم های فعالی از اکسیژن هستند که محصول جانبی تنفس سلولی و فرایندهای متابولیکی سلول می باشند و به علت وارد آوردن آسیبهای اکسیداتیو به سلول، ماده سمی محسوب می شوند. البته در مسیرهای پیام رسان سلولی این گونه مواد دارای نقش های اختصاصی خود نیز می باشند.

از آنجاییکه بسیاری از افراد داری مقاومت به انسولین، دارای شرایط مستعد کننده استرس اکسیداتیو نیز می باشند، ارتباط بین این دو مورد توجه قرار گرفت. Eric Lander وهمکارانش سلولهای ذخیره کننده چربی را در معرض دو ماده شیمیایی قرار دادند که سبب ایجاد شدن مقاومت به انسولین می شود و با اندازه گیری مقدار گونه های فعال اکسیژن دریافتند که مقدار این واسطه های فعال در هر دو مدل افزایش یافته است. سپس آنها سلولها را معرض مواد سرکوب کننده تولید واسطه های فعال اکسیژن قرار دادند. در این هنگام از میزان مقاومت به انسولین کاسته می شد. با تکرار این آزمایش بر روی موشهای زنده چاق (یعنی شرایط in vivo ) نیز این نتیجه ها مجدد حاصل گردید.

به گفته این دانشمند درمان با آنتی اکسیدانها می تواند یک راه امیدوار کننده برای درمان دیابت نوع 2 باشد.

(Vol. 440, No. 7086, pp. 944-948) April 13, 2006 of Nature