Đột biến gen là gì? Các công bố khoa học về Đột biến gen

Một loạt vector chuyển nấm men và chủng đã được tạo ra nhằm cho phép thao tác DNA hiệu quả hơn trong Saccharomyces cerevisiae. Các vector thay thế đã được xây dựng và sử dụng để tạo ra các chủng nấm men chứa các đột biến không chuyển đổi his3, trp1, leu2 và ura3. Một bộ vector YCp và YIp (dòng pRS) sau đó được thực hiện dựa trên nền của plasmid đa mục đích pBLUESCRIPT. Các vector pRS này có cấu trúc đồng nhất và chỉ khác nhau ở gen chọn lọc của nấm men được sử dụng (HIS3, TRP1, LEU2 và URA3). Chúng sở hữu tất cả các đặc điểm của pBLUESCRIPT và một số đặc tính cụ thể của nấm men. Sử dụng vector pRS, người ta có thể thực hiện hầu hết các thao tác DNA tiêu chuẩn trong cùng một plasmid đã được đưa vào nấm men.

Trong một nghiên cứu theo dõi dài hạn có tính toán, trên một nhóm sinh ra đại diện, chúng tôi đã kiểm tra lý do tại sao những trải nghiệm căng thẳng lại dẫn đến trầm cảm ở một số người nhưng không ở những người khác. Một đột biến chức năng trong vùng khởi động của gen vận chuyển serotonin (5-HT T) đã được phát hiện là có tác động điều tiết ảnh hưởng của các sự kiện trong cuộc sống căng thẳng lên trầm cảm. Những cá nhân có một hoặc hai bản sao của alen ngắn của đột biến khởi động 5-HT T thể hiện nhiều triệu chứng trầm cảm hơn, trầm cảm có thể chẩn đoán, và mong muốn tự sát liên quan đến các sự kiện căng thẳng trong cuộc sống hơn là những cá nhân đồng hợp tử cho alen dài. Do đó, nghiên cứu dịch tễ học này cung cấp bằng chứng về sự tương tác giữa gen và môi trường, trong đó phản ứng của cá nhân đối với các tổn thương môi trường được điều tiết bởi cấu trúc di truyền của họ.

Bệnh Parkinson (PD) là một rối loạn thần kinh thoái hóa phổ biến với tỷ lệ mắc cả đời khoảng 2 phần trăm. Một mẫu gia tăng phát tích trong gia đình đã được ghi nhận đối với rối loạn và gần đây đã có báo cáo rằng một gen gây nhạy cảm với PD trong một gia đình lớn ở Ý được định vị trên cánh dài của nhiễm sắc thể số 4 của người. Một đột biến đã được xác định trong gen α-synuclein, mã hóa cho một protein tiền synapse được cho là có liên quan đến tính dẻo thần kinh, trong gia đình Ý và ba gia đình không có quan hệ quen biết có nguồn gốc Hy Lạp với di truyền trội trên nhiễm sắc thể thường đối với kiểu hình PD. Phát hiện này về một thay đổi phân tử cụ thể liên quan đến PD sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc hiểu chi tiết cơ chế bệnh sinh của rối loạn này.

Chúng tôi đã tìm cách tạo ra một danh mục đầy đủ các gen của nấm men có mức độ phiên mã thay đổi theo chu kỳ trong chu kỳ tế bào. Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi sử dụng microarray DNA và các mẫu từ các nền nuôi cấy nấm men được đồng bộ hóa bằng ba phương pháp độc lập: dừng bằng yếu tố α, phương pháp tách lọc, và dừng đồng bộ một đột biến nhạy với nhiệt độ cdc15. Sử dụng các thuật toán chu kỳ và tương quan, chúng tôi đã xác định 800 gen đáp ứng tiêu chí tối thiểu khách quan về điều hòa chu kỳ tế bào. Trong các thí nghiệm riêng biệt, được thiết kế để kiểm tra tác dụng của việc kích thích cyclin G1 Cln3p hoặc cyclin loại B Clb2p, chúng tôi phát hiện ra rằng mức mRNA của hơn một nửa số gen này phản ứng với một hoặc cả hai loại cyclin này. Hơn nữa, chúng tôi đã phân tích tập hợp gen điều hòa chu kỳ tế bào của mình để tìm các phần tử khởi động đã biết và mới và cho thấy rằng nhiều phần tử được biết đến (hoặc biến thể của chúng) chứa thông tin dự đoán về điều hòa chu kỳ tế bào. Mô tả đầy đủ và tập dữ liệu hoàn chỉnh có sẵn tại http://cellcycle-www.stanford.edu

Đột biến soma trong miền tyrosine kinase (TK) của gen thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) được cho là liên quan đến độ nhạy của ung thư phổi với gefitinib (Iressa), một chất ức chế kinase. Các đột biến xóa trùng khung xảy ra ở exon 19, trong khi các đột biến điểm xảy ra thường xuyên ở codon 858 (exon 21). Qua việc giải trình tự miền TK của EGFR, chúng tôi phát hiện rằng 7 trên 10 khối u nhạy với gefitinib có các thay đổi tương tự; không có đột biến nào được tìm thấy trong tám khối u kháng gefitinib ( P = 0.004). Năm trên bảy khối u nhạy với erlotinib (Tarceva), một chất ức chế kinase liên quan mà mục tiêu liên quan lâm sàng chưa được ghi nhận, có các đột biến soma tương tự, đối lập với không có trong 10 khối u kháng erlotinib ( P = 0.003). Do hầu hết các khối u có đột biến đều là adenocarcinoma từ bệnh nhân hút ít hơn 100 điếu thuốc trong suốt cuộc đời (“người không hút thuốc”), chúng tôi tiến hành sàng lọc các exon 2-28 của EGFR trong 15 trường hợp adenocarcinoma cắt khỏi những người không hút thuốc chưa được điều trị. Bảy khối u có đột biến miền TK, trái ngược với 4 trên 81 trường hợp ung thư phổi không tế bào nhỏ được cắt khỏi những người hút thuốc trước đây hoặc hiện nay chưa được điều trị ( P = 0.0001). Phân tích protein bằng phương pháp điện di miễn dịch từ các tế bào chuyển nhiễm tạm thời với các cấu trúc khác nhau của EGFR cho thấy rằng, so với protein gốc, một đột biến xóa exon 19 gây ra mức phosphotyrosine giảm, trong khi sự phosphoryl hóa ở tyrosine 1092 của một đột biến điểm exon 21 bị ức chế ở nồng độ thuốc thấp hơn 10 lần. Tóm lại, các dữ liệu này cho thấy rằng adenocarcinoma từ "người không hút thuốc" là một tập hợp con riêng biệt của ung thư phổi, thường chứa các đột biến trong miền TK của EGFR liên quan đến độ nhạy với gefitinib và erlotinib.

Mặc dù đã có hơn một thế kỷ nghiên cứu, bệnh lao vẫn là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong do nhiễm trùng trên toàn cầu. Trước tình trạng gia tăng tỷ lệ kháng thuốc, việc xác định các gen cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật này sẽ cung cấp các mục tiêu mới cho việc thiết kế các tác nhân kháng mycobacterium. Ở đây, chúng tôi mô tả việc sử dụng phương pháp lai ghép vị trí transposon (TraSH) để xác định một cách toàn diện các gen cần thiết cho tác nhân gây bệnh, Mycobacterium tuberculosis, nhằm đạt được sự phát triển tối ưu. Các gen này bao gồm những gen có thể được phân loại thành các con đường thiết yếu cũng như nhiều gen chưa được xác định chức năng. Các gen quan trọng cho sự phát triển của M. tuberculosis chủ yếu được bảo tồn trong bộ gen suy thoái của trực khuẩn phong, Mycobacterium leprae, cho thấy rằng các chức năng không thiết yếu đã bị mất chọn lọc kể từ khi vi khuẩn này phân nhánh ra khỏi những loài mycobacteria khác. Ngược lại, một tỷ lệ đáng ngạc nhiên của các gen này không có các đồng hình đã xác định trong các vi khuẩn khác, cho thấy rằng bộ gen tối thiểu cần thiết cho sự sống sót biến đổi rất lớn giữa các sinh vật có lịch sử tiến hóa khác nhau.

Sự phát triển gần đây của các vector và phương pháp để đưa DNA tái tổ hợp vào các thành viên của chi Mycobacterium đã cung cấp những cách tiếp cận mới để nghiên cứu những vi khuẩn quan trọng này. Trong khi hầu hết các chủng mycobacteria gây bệnh phát triển chậm, Mycobacterium smegmatis là một loài phát triển nhanh và không gây bệnh, đã được sử dụng trong nhiều năm như một vật chủ cho sự phát triển của mycobacteriophage và, gần đây, như một vật chủ cho việc giới thiệu DNA tái tổ hợp. Việc sử dụng nó như một vật chủ sao chép để phân tích các gen mycobacteria đã bị hạn chế bởi khả năng chuyển đổi plasmid không hiệu quả. Công trình này mô tả việc tách biệt và đặc trưng hóa các đột biến của M. smegmatis có thể được chuyển đổi, sử dụng phương pháp điện chuyển, với hiệu suất cao gấp 10⁴ đến 10⁵ lần so với chủng gốc, tạo ra hơn 10⁵ biến thể mỗi μg DNA plasmid. Các đột biến mang lại tính trạng chuyển đổi plasmid hiệu quả (Ept) này không làm ảnh hưởng đến sự tiêm chuyển phage hoặc sự tích hợp DNA vào nhiễm sắc thể M. smegmatis, nhưng dường như chỉ đặc hiệu cho chuyển đổi plasmid. Những đột biến Ept như vậy đã được sử dụng để xác định các nucleotide DNA plasmid cần thiết cho sự sao chép của plasmid Mycobacterium fortuitum pAL5000 trong mycobacteria bằng cách cho phép chuyển đổi một thư viện các cấu trúc hybrid plasmid. Việc chuyển đổi plasmid hiệu quả ở M. smegmatis sẽ tạo điều kiện cho việc phân tích chức năng, biểu hiện và sự sao chép của gen mycobacterial, từ đó hỗ trợ phát triển BCG như một vector vắc xin tái tổ hợp đa trị và trong phân tích di truyền các yếu tố gây virulence của mycobacteria gây bệnh.

Có hai hệ thống tín hiệu cảm nhận số lượng acyl-homoserine lactone có mối liên quan trongPseudomonas aeruginosa. Các hệ thống này, hệ thống LasR-LasI và hệ thống RhlR-RhlI, là các bộ điều chỉnh toàn cầu biểu hiện gen. Chúng tôi đã thực hiện phân tích transcriptome để xác định các gen được điều khiển bởi cảm nhận số lượng và để hiểu rõ hơn việc kiểm soát biểu hiện gen củaP. aeruginosathông qua cảm nhận số lượng. Chúng tôi đã so sánh biểu hiện gen trong một đột biến tín hiệu LasI-RhlI được thêm các tín hiệu với biểu hiện gen mà không được thêm các tín hiệu, và chúng tôi đã so sánh một đột biến thụ thể tín hiệu LasR-RhlR với dòng bố mẹ của nó. Tổng cộng, chúng tôi đã xác định được 315 gen được kích thích bởi quorum và 38 gen bị ức chế bởi quorum, chiếm khoảng 6% bộ gen củaP. aeruginosa. Các gen bị ức chế bởi quorum được kích hoạt trong pha tĩnh trong các đột biến cảm nhận số lượng nhưng không được kích hoạt trong dòng bố mẹ. Phân tích các gen kích hoạt bởi quorum cho thấy rằng các đặc điểm tín hiệu nằm trong một phổ liên tục và thời gian biểu hiện gen cũng nằm trong một phổ liên tục (một số gen được kích hoạt sớm trong quá trình phát triển, hầu hết các gen được kích hoạt tại thời điểm chuyển từ pha logarit sang pha tĩnh, và một số gen được kích hoạt trong pha tĩnh). Nhìn chung, thời gian không liên quan đến nồng độ tín hiệu. Chúng tôi gợi ý rằng mức độ của thụ thể tín hiệu, LasR, là một yếu tố quyết định quan trọng cho sự biểu hiện gen được kích hoạt bởi quorum. Cảm nhận số lượng acyl-homoserine lactone dường như là một hệ thống cho phép biểu hiện có trật tự của hàng trăm gen trong quá trình phát triển củaP. aeruginosatrong môi trường nuôi cấy.

Một thử nghiệm thực địa về màn và rèm tẩm permethrin đã được khởi xướng tại miền Tây Kenya vào năm 1990, và một dòng Anopheles gambiae tỏ ra giảm nhạy cảm với permethrin đã được nhân giống từ địa điểm này vào năm 1992. Sự thay thế leucine–phenylalanine tại vị trí 1014 của kênh natri phụ thuộc điện áp là nguyên nhân gây ra kháng permethrin và DDT ở nhiều loài côn trùng, bao gồm cả Anopheles gambiae từ Tây Phi. Chúng tôi đã nhân bản và giải trình tự một đoạn cDNA kênh natri từ dòng kháng permethrin của Kenya và xác định sự thay thế khác (leucine thành serine) tại cùng một vị trí, liên quan đến sự di truyền kháng permethrin trong thế hệ F₂ từ các thế hệ lai di truyền giữa cá thể nhạy và kháng. Phản ứng chuỗi polymerase chuẩn đoán (PCR) được phát triển bởi Martinez‐Torres et al. [(1998) Insect Mol Biol 7: 179–184] để phát hiện các allele kdr trong quần thể thực địa của An. gambiae sẽ không phát hiện allele của Kenya và vì vậy dựa vào xét nghiệm này có thể dẫn đến đánh giá thấp sự phổ biến của kháng pyrethroid ở loài này. Chúng tôi đã điều chỉnh PCR chuẩn đoán để phát hiện đột biến leucine–serine và với chuẩn đoán này, chúng tôi đã chứng minh rằng allele kdr này đã có mặt trong các cá thể thu được từ địa điểm thử nghiệm Kenya vào năm 1986, trước khi màn tẩm pyrethroid được giới thiệu. Kênh natri của An. gambiae đã được định vị vật lý trên nhiễm sắc thể 2L, phân đoạn 20C. Vị trí này tương ứng với vị trí của một locus tính trạng định lượng chính quyết định khả năng kháng permethrin trong dòng An. gambiae của Kenya.