인간 인공 염색체

Human artificial chromosome

인간인공염색체(HAC)는 인간 세포의 집단에서 새로운 염색체 역할을 할 수 있는 마이크로 염색체이다.즉, 46개의 염색체 대신 47개의 세포는 매우 작고, 자연 염색체의 경우 50-250Mb가 아닌 약 6-10메가베이스(Mb)의 크기를 가질 수 있으며, 인간 연구자가 도입한 새로운 유전자를 운반할 수 있다.이상적으로는, 연구자들은 질병 방어를 포함한 다양한 기능을 수행하는 다른 유전자를 통합할 수 있다.

효모 인공염색체와 세균 인공염색체를 이용하는 것과 같은 트랜스유전자를 만드는 다른 방법은 예측할 수 없는 문제를 야기한다.이 벡터들에 의해 도입된 유전 물질은 다른 발현 수준으로 이어질 뿐만 아니라, 삽입물은 원래의 [1]게놈을 교란시킨다.HAC는 완전히 별개의 염색체이기 때문에 이와 관련하여 다르다.기존 유전자 물질과의 이 분리는 삽입 돌연변이가 [2]발생하지 않는다고 가정한다.이러한 안정성과 정확성으로 인해 HAC는 바이러스 벡터, YAC 및 BAC와 [3]같은 다른 방법보다 선호된다.HAC는 바이러스 [4]벡터로 가능한 것보다 더 많은 DNA(촉진제 및 복사 번호 변동 포함)를 제공할 수 있다.

효모 인공염색체와 박테리아 인공염색체는 1997년 처음 개발된 인간 인공염색체보다 먼저 만들어졌다.HAC는 발현 연구에서 유전자 전달 벡터, 인간 염색체 기능을 설명하기 위한 도구 [5]및 인간 게놈에 능동적으로 주석을 달기 위한 방법으로 유용하다.

역사

HAC는 인간 HT1080 세포의 텔로미어 및 게놈 DNA에 알파 위성 DNA를 추가하여 1997년에 처음 구축되었다.이것은 텔로미어 및 센트로미어 [6]배열과 같은 구조적이고 유사분열적으로 안정된 요소뿐만 아니라 관심 있는 DNA를 포함하는 완전히 새로운 마이크로크로미옴을 낳았다.de novo HAC 형성의 어려움으로 인해 이 방법은 대부분 포기되었다.

공법

현재 인간 인공 염색체 벡터의 생성에 대해 두 가지 모델이 허용되고 있다.첫 번째는 인간의 자연 염색체를 변화시켜 작은 미니 염색체를 만드는 것이다.이것은 자연 염색체를 잘라낸 후, 재조합의 Cre-Lox 시스템을 통해 독특한 유전 물질을 도입함으로써 달성된다.두 번째 방법은 문자 그대로 새로운 염색체 de novo를 [7]만드는 것이다.많은 큰 게놈 조각이 de novo [5]벡터에 성공적으로 통합되지 않기 때문에 de novo HAC 형성과 관련된 진행은 제한되었다.de novo 벡터 형성을 제한하는 또 다른 요인은 구조에 필요한 요소, 특히 중심색 [2]배열에 대한 제한된 지식이다.그러나 중심성 염기서열과 관련된 도전은 [8]극복되기 시작했다.

적용들

2009년 연구는 HAC의 추가적인 이점, 즉 매우 큰 게놈 단편을 안정적으로 포함할 수 있는 능력을 보여주었다.연구진은 2.4Mb 디스트로핀 유전자를 통합했는데, 이 유전자는 돌연변이가 듀센 근디스트로피의 핵심 원인 요소이다.결과 HAC는 유사분열적으로 안정적이었고 키메라 마우스에서 정확하게 디스트로핀을 발현했다.디스트로핀을 올바르게 표현하려는 이전 시도는 실패했습니다.크기가 크기 때문에 지금까지 [9]벡터에 성공적으로 통합되지 않았습니다.

2010년, 21이라는 정제된 인간 인공 염색체가HAC가 보고되었다. 21HAC는 인간 염색체 21의 벗겨진 사본을 기반으로 하며, 길이가 5Mb인 염색체를 생성한다.21번 염색체가 잘려나간 결과 인간 인공염색체가 유사분열적으로 안정되었다. 또한 21HAC는 다양한 종(쥐, 닭, 인간)의 세포로 옮겨질 수 있었다.사용방법 21HAC, 연구자들은 단순 헤르페스 바이러스 티미딘 키나제 코딩 유전자를 종양 세포에 삽입할 수 있었다.이 "자살 유전자"는 많은 항바이러스제를 활성화하기 위해 필요합니다.이러한 표적 종양 세포는 건강한 세포를 포함한 집단에서 항바이러스제 간치클로버에 의해 성공적으로 선택적으로 종료되었다.이 연구는 유전자 [10]치료에 HAC를 사용할 수 있는 다양한 기회를 열어준다.

2011년, 연구원들은 14번 염색체를 잘라내서 인간 인공 염색체를 형성했다.그런 다음 Cre-Lox 재조합 시스템을 사용하여 유전 물질이 도입되었습니다.이 특별한 연구는 기존의 게놈 DNA의 일부를 남김으로써 발현 수준의 변화에 초점을 맞췄다.기존의 텔로미어 및 서브텔로미어 배열을 남김으로써, 연구자들은 에리트로포이에틴 생산을 코드화하는 유전자의 발현 수준을 1000배 이상 증폭시킬 수 있었다.에리트로포이에틴이 적혈구 [11]형성을 통제하기 때문에 이 연구는 또한 유전자 치료의 큰 의미를 가지고 있다.

HAC는 인간 질병의 동물 모델로 사용하고 치료 [4]제품을 생산하기 위해 트랜스제닉 동물을 만드는 데 사용되었다.

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레퍼런스

  1. ^ Katoh M, Ayabe F, Norikane S, Okada T, Masumoto H, Horike S, Shirayoshi Y, Oshimura M (August 2004). "Construction of a novel human artificial chromosome vector for gene delivery". Biochemical and Biophysical Research Communications. 321 (2): 280–90. doi:10.1016/j.bbrc.2004.06.145. PMID 15358173.
  2. ^ a b Grimes BR, Rhoades AA, Willard HF (June 2002). "Alpha-satellite DNA and vector composition influence rates of human artificial chromosome formation". Molecular Therapy. 5 (6): 798–805. doi:10.1006/mthe.2002.0612. PMID 12027565.
  3. ^ Mejía JE, Willmott A, Levy E, Earnshaw WC, Larin Z (August 2001). "Functional complementation of a genetic deficiency with human artificial chromosomes". American Journal of Human Genetics. 69 (2): 315–26. doi:10.1086/321977. PMC 1235305. PMID 11452360.
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  5. ^ a b Basu J, Compitello G, Stromberg G, Willard HF, Van Bokkelen G (July 2005). "Efficient assembly of de novo human artificial chromosomes from large genomic loci". BMC Biotechnology. 5: 21. doi:10.1186/1472-6750-5-21. PMC 1182356. PMID 15998466.
  6. ^ Harrington JJ, Van Bokkelen G, Mays RW, Gustashaw K, Willard HF (April 1997). "Formation of de novo centromeres and construction of first-generation human artificial microchromosomes". Nature Genetics. 15 (4): 345–55. doi:10.1038/ng0497-345. PMID 9090378. S2CID 9150827.
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  10. ^ Kazuki Y, Hoshiya H, Takiguchi M, Abe S, Iida Y, Osaki M, Katoh M, Hiratsuka M, Shirayoshi Y, Hiramatsu K, Ueno E, Kajitani N, Yoshino T, Kazuki K, Ishihara C, Takehara S, Tsuji S, Ejima F, Toyoda A, Sakaki Y, Larionov V, Kouprina N, Oshimura M (April 2011). "Refined human artificial chromosome vectors for gene therapy and animal transgenesis". Gene Therapy. 18 (4): 384–93. doi:10.1038/gt.2010.147. PMC 3125098. PMID 21085194.
  11. ^ Kakeda M, Nagata K, Osawa K, Matsuno H, Hiratsuka M, Sano A, Okazaki A, Shitara S, Nishikawa S, Masuya A, Hata T, Wako S, Osaki M, Kazuki Y, Oshimura M, Tomizuka K (November 2011). "A new chromosome 14-based human artificial chromosome (HAC) vector system for efficient transgene expression in human primary cells". Biochemical and Biophysical Research Communications. 415 (3): 439–44. doi:10.1016/j.bbrc.2011.10.088. PMID 22051050.