계산유전자

Computational gene
그림 1: 계산 유전자 설계

계산유전자는[1][2][3] 구조부분과 기능부분으로 이루어진 분자오토마톤으로 세포환경에서 동작할 수 있도록 설계되어 있다.

구조적인 부분은 자연적으로 발생하는 유전자로, 오토마톤의 입력과 전이를 부호화하기 위한 골격으로 사용된다(그림 1A).구조 유전자의 보존된 특징(예: DNA 중합효소 결합 부위, 시작 및 정지 코돈, 스플라이싱 부위)은 계산 유전자의 상수로 기능하는 반면, 코딩 영역, 엑손 및 인트론 수, 시작 및 정지 코돈의 위치, 자동 이론적 변수(기호, 상태 및 전이)는 d이다.연산 유전자의 매개 변수를 esign합니다.상수와 설계 매개변수는 여러 논리적 및 생화학적 제약조건에 의해 연결된다(예: 부호화된 자동변수 이론변수는 스플라이싱 접합으로 인식되어서는 안 된다).오토마톤의 입력은 단일 가닥 DNA(sssDNA) 분자에 의해 주어진 분자 마커이다.이러한 마커는 신호 이상(예: 발암성) 분자 표현형이며 기능 유전자의 자가 조립을 활성화한다.입력이 받아들여질 경우 출력은 이중 가닥 DNA(dsDNA) 분자를 부호화하며, 이는 야생형 단백질 또는 항약을 생성하는 세포 전사 및 번역 기계에 성공적으로 통합되어야 하는 기능 유전자이다(그림 1B).그렇지 않으면 거부된 입력은 번역이 불가능한 부분 dsDNA 분자로 결합됩니다.

잠재적 적용: 암의 현장 진단 및 치료

계산 유전자는 질병 표현형을 유발할 [4][self-published source?]수 있는 유전자 또는 유전자 그룹의 비정상적인 돌연변이를 교정하기 위해 미래에 사용될 수 있다.가장 두드러진 예 중 하나는 모든 세포에 존재하는 종양 억제제 p53 유전자로 성장을 조절하는 보호자 역할을 한다.이 유전자의 돌연변이는 [5]암을 유발할 수 있는 통제되지 않은 성장을 허용하면서 그 기능을 폐지할 수 있다.예를 들어 p53 단백질의 코돈 249에서의 돌연변이는 간세포암의 [6]특징이다.이 질환은 CDB3 펩타이드에 의해 치료될 수 있으며, CDB3 펩타이드는 p53 코어 도메인에 결합하고 그 [7]접힘을 안정시킨다.

단일 질병 관련 돌연변이는 다음 진단 규칙에 따라 진단 및 치료될 수 있습니다.

if protein X_mutated_at_codon_Y then produce_drug fi(1)

그림 2: 병원성 돌연변이 진단
그림 3: 병원성 돌연변이 치료

이러한 규칙은 두 개의 부분 dsDNA 분자와 하나의 ssDNA 분자로 구성된 분자 오토마톤에 의해 구현될 수 있으며, 이는 질병 관련 돌연변이에 해당하며 기능 유전자의 선형 자가 조립을 위한 분자 스위치를 제공한다(그림 2).유전자 구조는 진핵세포와 원핵세포에 존재하는 세포 연결효소에 의해 완성된다.세포의 전사 및 번역 기계는 치료를 담당하며 야생형 단백질 또는 항약물을 투여한다(그림3).규칙 (1)은 다른 단백질의 돌연변이를 포함하도록 일반화될 수 있으며, 이는 복합 진단과 치료를 가능하게 한다.

이런 식으로, 계산 유전자는 세포가 결함이 있는 물질을 개발하기 시작하자마자 치료의 상황에서 실행할 수 있게 한다.계산 유전자는 유전자 발현을 잠재울 뿐만 아니라 게놈에서 비정상적인 유전자를 건강한 유전자에 의해 대체할 수 있는 유전자 치료 기술을 결합한다.

과제들

분자 수준에서 기계적으로 단순하고 상당히 강력하지만, 계산 유전자의 생체 내 구현을 고려하기 전에 몇 가지 문제를 해결해야 한다.

첫째, DNA 물질은 세포, 특히 핵에 내장되어야 한다.사실 생물학적 막을 통한 DNA나 RNA의 전달은 약물 [8]전달의 핵심 단계이다.일부 결과는 핵 국재 신호가 올리고뉴클레오티드의 한쪽 끝에 불가역적으로 연결되어 DNA의 [9]핵 내부화를 가능하게 하는 올리고뉴클레오티드-펩타이드 결합체를 형성할 수 있음을 보여준다.

또한, DNA 복합체는 세포 내 무결성과 세포핵산가수분해효소에 대한 저항성을 보장하기 위해 낮은 면역원성을 가져야 한다.핵산가수분해효소 감수성을 제거하기 위한 현재의 전략에는 메틸포스폰산 및 포스포로티오산(S-ODN)[11] 올리고데옥시뉴클레오티드와 같은 올리고뉴클레오티드 골격의 변형이 포함되지만, 이들의 증가된 안정성과 함께 변형된 올리고뉴클레오티드는 종종 약리학적 [12]특성을 가진다.

마지막으로, 다른 약물과 마찬가지로, DNA 복합체는 비특이적이고 독성적인 부작용을 일으킬 수 있다.안티센스 올리고뉴클레오티드의 생체내 적용에 따르면 독성은 주로 올리고뉴클레오티드 제제의 불순물과 사용된 [13]특정 배열의 특이성 결여에 기인한다.

의심할 여지 없이, 안티센스 바이오 기술의 진보는 또한 계산 [citation needed]유전자의 모델에 직접적인 이익을 가져올 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Martínez-Pérez, Israel M; Zhang, Gong; Ignatova, Zoya; Zimmermann, Karl-Heinz (2007). "Computational genes: A tool for molecular diagnosis and therapy of aberrant mutational phenotype". BMC Bioinformatics. 8: 365. doi:10.1186/1471-2105-8-365. PMC 2175521. PMID 17903261.
  2. ^ DE 특허 102006009000, Zimmermann, Karl-Heinz; Ignatova, Zoya & Martinez-Perez, 이스라엘 Marck, "Rechengen [컴퓨터 유전자]", 2007-09-06 발행
  3. ^ Martinez-Perez, I.M. (2007). Biomolecular computing models for graph problems and finite state automata (Ph.D. Thesis). Hamburg, Germany: Hamburg University of Technology. ISBN 978-3-86664-326-0.[페이지 필요]
  4. ^ 「스마트 백신」– Wayback Machine Research Interests, Joshua E, 2009년 3월 13일 아카이브 완료.멘도자엘리아스
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