Strukturaviy genomikaning maqsad va vazifalari

STRUKTURAVIY GENOMIKANING MAQSAD VA VAZIFALARI
Reja:

1. 
   Genlarni aniqlash va ularni funktsiyalarini o‘rganish usullari. Genlar ekspressiyasi va uning asosiy belgilari, Real-time PCR molumotlarini kompyuterda tahlil qilish.
   
2. 
   Transkriptomika, transkriptsiya faktorlari, oqsil polimorfizmi, oqsil foldingi, molekulyar operonlari, genomning regulyator, transkriptsiya, translyatsiya qismlari.
   
3. 
   Mikro RNKlar va ularning ahamiyati. k-DNK va EST-markerlar, k-DNK kutubxonasini olishning yangi texnologiyasi,
   

Tayanch iboralar: Mikro RNK, k-DNK, EST-marker, UGene, Gen-nokaut, RNK interferensiya, mikroerrey, sayzer.

1. 
   Genlarni aniqlash va ularni funktsiyalarini o‘rganish usullari. Genlar ekspressiyasi va uning asosiy belgilari, Real-time PCR molumotlarini kompyuterda tahlil qilish.
   

Genlar irsiyatning molekulyar substrati hisoblanadi. Genomdagi genlarning tuzilishi va lokalizatsiyasi organizmning xususiyatlarini belgilaydi. Genomning ishlashi jarayonida va genomning atrof-muhit omillari bilan o'zaro ta'siri natijasida DNKda mutatsiyalar paydo bo'ladi. Mutatsiyalar hujayra va to'qimalar almashinuvini buzishi mumkin, bu genetik kasallikka olib keladi. Rekombinant DNK usullari molekulyar diagnostikaning yuqori aniqlikdagi va shuning uchun aniqroq va ma'lumotli yangi usullarini ishlab chiqish uchun zarur shart-sharoit yaratdi. Molekulyar yondashuvning mutlaq ustunligi shundan dalolat beradiki, faqat fenotipik jihatlarni aniqlash bilan chegaralangan boshqa diagnostika usullaridan farqli o'laroq, genotipni to'g'ridan-to'g'ri o'rganishga qaratilgan DNK tahlili birlamchi buzilishlarni (mutatsiyalarni) o'rganadigan yagona usuldir, keyin esa kasallikning asosiy sababi.
Rekombinant DNK texnologiyalari normal genlar va/yoki ularning mutant variantlarini aniqlash, mutant gen tashuvchilarni aniqlash, tug‘ilishdan oldin yoki simptomatik bosqichda genetik patologiyani aniqlash va yaqin kelajakda gen terapiyasini o‘tkazish imkonini beradi. Maqsadga qarab genlarni molekulyar o'rganish ko'p jihatdan amalga oshirilishi mumkin:
1. Genning birlamchi tuzilishini aniqlash uchun DNK ketma-ketligi;
2. Genning genomdagi o'rnini aniqlash uchun Southern blot usuli;
3.Gen ifodasini aniqlash uchun Northern blot usuli (mRNK tahlili);
4. Protein gen mahsulotini aniqlash uchun Western blot usuli;
5. Oddiy yoki mutant genni aniqlash uchun PCR usuli;
Molekulyar biologiya laboratoriyalarida sanab o'tilgan usullarning turli xil variantlari qo'llaniladi.
Genlar ekspressiyasi bu gendan irsiy ma'lumot (DNK nukleotidlari ketma-ketligi) funktsional mahsulotga - RNK yoki oqsilga aylanadigan jarayon. Genlar ekspressiyasining ba'zi bosqichlarini tartibga solish mumkin: bular transkripsiya, translatsiya, RNKning birlashishi va oqsillarning translatsiyadan keyingi modifikatsiyalari bosqichidir. Qisqa ikki zanjirli RNKlar tomonidan gen ifodasini faollashtirish jarayoni RNK faollashuvi deb ataladi.
Gen ekspressiyasini tartibga solish hujayralarga o'z tuzilishi va funktsiyalarini boshqarishga imkon beradi va hujayra differentsiatsiyasi, morfogenezi va moslashuvining asosi hisoblanadi. Gen ifodasi evolyutsion o'zgarishlar uchun substratdir, chunki bitta genning ifodalanish vaqti, joylashuvi va miqdori ustidan nazorat butun organizmdagi boshqa genlarning funktsiyasiga ta'sir qilishi mumkin.
Real-time PCR molumotlarini kompyuterda tahlil qilish.
H ozirgi vaqtda tadqiqot va diagnostika laboratoriyalarida yangi PCR texnologiyasi, real vaqt rejimida PCR (Real-Time PCR) keng tarqaldi. Uning asosiy xususiyati polimeraza zanjiri reaktsiyasi mahsulotlarining to'planishini monitoring qilish va miqdoriy tahlil qilish va olingan natijalarni avtomatik ro'yxatga olish va talqin qilishdir (4.1-rasm).
Rasm 4.1 Koordinatalarda PCR kinetik egri chizig'i
1. Boshlanish bosqichi (PZR mahsulotlari hali mavjud bo'lmaganda
floresan yorlig'i bilan aniqlanadi).
2. Eksponensial bosqich (bunda
miqdorning eksponensial bog'liqligi
PCR siklidan floresans).
3. Plato - to'yinganlik bosqichi.
Haqiqiy vaqtda PCR - bu quyidagi xususiyatlarga ega bo'lgan miqdoriy PCR texnikasi oilasi:
• har bir kuchaytirish siklidan keyin reaksiya mahsuloti unumini aniqlash;
• ushbu ma'lumotlar asosida PCR kinetik egri chizig'ini qurish;
• ushbu egri chiziqni tahlil qilish asosida substratning nisbiy konsentratsiyasini aniqlash.
Haqiqiy vaqtda PCR amplifikatsiya paytida DNKni aniqlash uchun floresan yorliqli oligonükleotid problaridan foydalanadi (20.2-rasm).
Shakl 20.2 Ftoroforlarni real vaqtda PCRda ishlatish tizimini ko'rsatadigan sxema
Qurilma tomonidan aniqlangan floresans PCR mahsuloti miqdori bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lib, u - reportyor floresansi deb ataladi. Reporter floresan hosil qilish mexanizmlari real vaqtda PCR turiga qarab farqlanadi.
4.3. mikro RNKlar va ularning ahamiyati. k-DNK va EST-markerlar, k-DNK kutubxonasini olishning yangi texnologiyasi.
MikroRNKlar (ing. microRNK, miRNK) uzunligi 18-25 nukleotid (oʻrtacha 22) boʻlgan, oʻsimliklarda, hayvonlarda va baʼzi viruslarda uchraydigan, genlar ekspressiyasini transkripsiya va post-transkripsiya bilan tartibga solishda ishtirok etadigan kichik kodlanmaydigan RNK molekulalaridir. RNK aralashuvi [1][ 2][3]. Hujayra ichidagi, hujayradan tashqari (aylanib yuruvchi) mikroRNK topilgan.[4]
MikroRNKlar o'simliklar va hayvonlarning yadro DNKsi va ba'zi DNK o'z ichiga olgan viruslarning virusli DNKlari bilan kodlangan. MikroRNKlar gen faolligini bostirishda ishtirok etadi: ular mRNK hududlari bilan komplementar ravishda juftlashadi va ularning tarjimasini inhibe qiladi. Bundan tashqari, mikroRNK-mRNK komplekslari ko'pincha hujayra tomonidan tez parchalanadi. Bu maqsadli degradatsiyaning bir misolidir, chunki bu komplekslarning shakllanishi ikkita RNK molekulalarining bir-birini to'ldirishiga asoslanadi[5][6]. RNKga bog'liq bo'lgan DNK metilatsiyasi jarayonida mikroRNKning to'g'ridan-to'g'ri DNK bilan o'zaro ta'sir qilish imkoniyatini ko'rsatadigan ma'lumotlar ham mavjud, bu genlarni repressiya qilish, allellarni chiqarib tashlash va transpozon faolligini oldini olishning asosiy mexanizmlaridan biridir.
kDNK va EST markerlari
Bular RNKni to'ldiruvchi DNK nusxalari. cDNK qayta ishlangan yetuk mRNKlardan olinganligi sababli ular tarkibida intronlar mavjud emas.
cDNK kutubxonasi u ajratilgan hujayralardagi gen faolligi spektrini aks ettiradi.
cDNA kutubxonasini yaratish uchun:
- mRNKni ajratib olish (eukariotlarda faqat mRNKda poli-A dumlari mavjud)
- in vitro qisqa zanjirli dT mRNKga qo'shiladi va otjig bajariladi
- teskari transkriptaza yordamida RNK shablonida DNKning komplementar zanjiri sintezlanadi.
- ishqoriy muhitda RNK zanjiri nukleotidlarga bo'linadi, shundan so'ng DNK polimeraza yordamida to'ldiruvchi DNK zanjiri sintezlanadi. Bu uchlari to'mtoq bo'lgan DNK parchasini hosil qiladi. Bunday DNK plazmidlarga kiritiladi va bakteriya hujayralariga yuboriladi. Plazmidning kuchayishi natijasida DNK ning qo'shimcha nusxasi (cDNK) klon hosil bo'ladi.
cDNK kutubxonasi organizm transkriptomasining bir qismini tashkil etuvchi va "kutubxona" sifatida saqlanadigan xost hujayralari to'plamiga kiritilgan klonlangan cDNK (komplementar DNK) fragmentlarining birikmasidir. cDNK yadroda joylashgan to'liq transkripsiyalangan mRNKdan hosil bo'ladi va shuning uchun u faqat organizmning ifodalangan genlarini o'z ichiga oladi. Xuddi shunday, to'qimalarga xos cDNK kutubxonalarini olish mumkin.
Eukaryotik hujayralarda etuk mRNK allaqachon birlashtirilgan; shuning uchun hosil bo'lgan cDNKda intronlar mavjud emas va bakterial hujayrada osongina ifodalanishi mumkin. Garchi cDNK kutubxonalaridagi ma'lumotlar kuchli va foydali vosita bo'lsa-da, chunki gen mahsulotlari osongina aniqlanadi, kutubxonalarda genomik DNK kutubxonasida topilgan kuchaytirgichlar, intronlar va boshqa tartibga soluvchi elementlar haqida ma'lumot yo'q.
4.4. UGene. Gen-nokaut, RNK interferensiya (RNAi) va uning printsipi, asosiy xususiyati va mexanizmlari, mikroerrey, sayzer.
U gen –mustaqil bioinformatika dasturi.
UGENE Windows, Mac OS X yoki Linux bilan ishlaydigan kompyuterda ishlashi mumkin.
UGENE ketma-ketliklar, izohlar, bir nechta tekislashlar, filogenetik daraxtlar, ketma-ketlik ma'lumotlari (NGS) va boshqalar bilan ishlash uchun grafik interfeysni taqdim etadi. Ma'lumotlar mahalliy (shaxsiy kompyuterda) va umumiy xotirada (laboratoriya ma'lumotlar bazasida) saqlanishi mumkin.
Gen nokauti molekulyar genetika usuli bo'lib, unda ba'zi genlar tanadan olib tashlanadi yoki ishlamay qoladi. Shunday qilib, ishlamaydigan genlar uchun "nokaut" bo'lgan organizm olinadi.

Adabiyotlar:

1. 
   Chen K., Rajewsky N. The evolution of gene regulation by transcription factors and microRNAs (англ.) // Nature Reviews Genetics. — 2007. — Vol. 8, no. 2. — P. 93—103.
   
2. 
   Finch M. L., Marquardt J. U., Yeoh G. C., Callus B. A. Regulation of microRNAs and their role in liver development, regeneration and disease // Int J Biochem Cell Biol. — 2014. — doi:10.1016/j.biocel.2014.04.002. — PMID 24731940.
   
3. 
   Нуклеиновые кислоты: от А до Я / Б. Аппель [и др.]. — М.: Бином: Лаборатория знаний, 2013. — 413 с. — 700 экз. — ISBN 978-5-9963-0376-2.
   
4. 
   ScienceDirect
   
5. 
   Bartel D. P. MicroRNAs: target recognition and regulatory functions (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 2009. — January (vol. 136, no. 2). — P. 215—233. — doi:10.1016/j.cell.2009.01.002. — PMID 19167326.