벡터(분자생물학)

Vector (molecular biology)
기타 용도는 벡터를 참조하십시오.

분자 복제에서 벡터는 다른 세포로 외부 핵 염기서열(일반적으로 DNA)을 인위적으로 운반하는 매개체로 사용되는 입자(예: 플라스미드, 코스미드, 람다 파지)[1]이다.외래 DNA를 포함한 벡터를 재조합 DNA라고 한다.네 가지 주요 벡터 유형은 플라스미드, 바이러스 벡터, 우주체, 그리고 인공 염색체이다.이들 중 가장 일반적으로 사용되는 벡터는 플라스미드이다.[2]모든 엔지니어링된 벡터에 공통으로 복제원점, 멀티클로닝 사이트 및 선택 가능한 마커가 있습니다.

벡터 자체는 일반적으로 삽입(이 경우 트랜스젠)과 벡터의 "등뼈" 역할을 하는 더 큰 배열로 구성된 DNA 서열을 가지고 있습니다.유전 정보를 다른 세포로 전달하는 벡터의 목적은 일반적으로 표적 세포에 삽입된 부분을 분리, 증식 또는 발현하는 것입니다.모든 벡터는 클로닝에 사용될 수 있으며 따라서 클로닝 벡터이지만 클로닝용으로 특별히 설계된 벡터도 있는 반면, 다른 벡터들은 전사 및 단백질 발현과 같은 다른 목적을 위해 특별히 설계될 수 있습니다.표적세포에서 트랜스유전자의 발현을 위해 특별히 설계된 벡터는 발현 벡터라고 불리며, 일반적으로 트랜스유전자의 발현을 촉진하는 프로모터 배열을 가진다.전사 벡터라고 불리는 단순한 벡터는 전사만 가능하며 번역은 되지 않습니다.표현 벡터와 달리 타깃 셀에서는 복제될 수 있지만 표현되지 않습니다.전사 벡터는 삽입을 증폭하기 위해 사용됩니다.

DNA의 조작은 보통 대장균의 유지에 필요한 요소를 포함하는 대장균 벡터에 대해 수행됩니다.그러나, 벡터는 효모, 식물 또는 포유동물 세포와 같은 다른 유기체에서도 유지될 수 있는 요소들을 가지고 있을 수 있으며, 이러한 벡터들은 셔틀 벡터라고 불린다.이러한 벡터는 비박테리아 숙주 유기체에 전달될 수 있는 박테리아 또는 바이러스 요소를 가지고 있지만, 유전자 내 벡터라고 불리는 다른 벡터들도 외계 [3]종으로부터의 유전 물질의 전달을 피하기 위해 개발되었다.

표적 세포에 벡터를 삽입하는 것은 보통 박테리아 [4]세포에 대한 변환, 진핵 [5]세포에 대한 트랜스펙션이라고 불리지만 바이러스 벡터의 삽입은 종종 [6]변환이라고 불립니다.

특성.

플라스미드

주요 기사: 플라스미드 벡터

플라스미드는 숙주 세포의 복제 [7]기구를 사용하여 복제할 수 있는 이중 가닥 여분의 염색체와 일반적으로 원형 DNA 배열이다.플라스미드 벡터는 최소한 호스트 내에서 플라스미드를 반독립적으로 복제할 수 있는 복제의 기점으로 구성됩니다.플라스미드는 예를 들어 대장균과 같은 많은 박테리아에서 널리 발견되지만, 사카로미세스 [8]세레비시아와 같은 효모와 같은 몇몇 진핵 생물에서도 발견될 수 있습니다.세균 플라스미드는 결합/전달 및 비결합일 수 있다.

  • 결합 - 결합을 통한 DNA 전달을 매개하므로 F 플라스미드, 많은 R 및 일부 결장 플라스미드 등 모집단의 세균 세포 사이에서 빠르게 확산된다.
  • 비접합적 - 다수의 R 및 대장 플라스미드와 같은 결합을 통해 DNA를 매개하지 않는다.
pBR322 플라스미드는 복제 벡터로 널리 사용되는 최초의 플라스미드 중 하나이다.

특수 제작된 특징을 가진 플라스미드는 복제 목적으로 실험실에서 일반적으로 사용됩니다.이러한 플라스미드는 일반적으로 비결합적이지만 더 많은 특징을 가질 수 있으며, 특히 다중 제한 효소 절단 부위가 트랜스유전자의 삽입을 허용하는 "다중 복제 부위"가 있다.플라스미드를 포함한 박테리아는 몇 시간 안에 수백만 개의 벡터 복사본을 생성할 수 있으며, 증폭된 벡터는 더 많은 조작을 위해 박테리아로부터 추출될 수 있습니다.플라스미드는 전사 벡터로 특이하게 사용될 수 있으며, 이러한 플라스미드는 단백질 발현에 중요한 배열을 결여할 수 있다.발현 벡터라고 불리는 단백질 발현에 사용되는 플라스미드는 리보솜 결합 부위, 시작 코돈 및 정지 코돈과 같은 단백질의 번역을 위한 요소를 포함할 것입니다.

바이러스 벡터

주요 기사:바이러스 벡터

바이러스 벡터는 일반적으로 유전공학적으로 변형된 바이러스 DNA 또는 RNA를 운반하는 바이러스로, 비감염성이지만, 여전히 바이러스 촉진제와 트랜스유전자를 포함하고 있어 바이러스 촉진제를 통한 트랜스유전자의 번역을 가능하게 한다.그러나 바이러스 벡터는 감염 배열이 부족한 경우가 많기 때문에 대규모 감염을 위해서는 도우미 바이러스나 포장 라인이 필요합니다.바이러스 벡터는 종종 숙주 게놈에 삽입물을 영구적으로 통합하도록 설계되어 트랜스젠을 통합한 후 숙주 게놈에 뚜렷한 유전자 마커를 남긴다.예를 들어, 레트로바이러스는 삽입 후 검출 가능한 특징적인 레트로바이러스 통합 패턴을 남기며 바이러스 벡터가 숙주 게놈에 통합되었음을 나타낸다.

인공 염색체

주요 기사:인공염색체(명료화)

인공염색체는 효모인공염색체(YAC), 세균인공염색체(BAC), 인간인공염색체(HAC)의 맥락에서 제조된 염색체이다.인공 염색체는 다른 [9]벡터보다 훨씬 큰 DNA 조각을 운반할 수 있다.YAC와 BAC는 최대 300,000개의 뉴클레오티드를 운반할 수 있습니다.인공 염색체의 세 가지 구조적 필요성은 복제의 기원, 동원체 및 텔로미어 말단 [10]염기서열을 포함한다.

문자 변환

복제된 유전자의 전사는 유전자의 발현을 필요로 할 때 벡터의 필수적인 구성요소이다: 하나의 유전자는 전사를 통해 증폭되어 [11]번역을 통해 단백질이 생산될 수 있는 템플릿인 mRNA의 여러 복사본을 생성할 수 있다.mRNA의 수가 많을수록 단백질의 양이 많아지며,[12] mRNA의 복사본 수는 벡터에 사용되는 프로모터에 따라 달라집니다.이 표현은 단백질이 백그라운드에서 지속적으로 생성된다는 의미이거나 특정 조건(예: 화학적 유도제가 첨가되었을 때)에서만 단백질이 발현되는 유도성을 가질 수 있다.이 두 가지 다른 유형의 표현은 사용된 프로모터와 연산자의 유형에 따라 달라집니다.

바이러스 촉진제는 플라스미드와 바이러스 벡터의 구성적 발현을 위해 종종 사용된다. 왜냐하면 그들은 [13]보통 많은 세포주 및 유형에서 일정한 전사를 강요하기 때문이다.유도성 발현은 유도 조건에 반응하는 촉진제에 따라 달라집니다. 예를 들어, 쥐 유선 종양 바이러스 프로모터는 덱사메타손 도포 후에만 전사를 시작하고 드로소필라 열충격 프로모터는 고온 후에만 전사를 시작합니다.

일부 벡터는 예를 들어 시험관 내 mRNA 생산을 위해 전사만을 위해 설계된다.이러한 벡터를 전사 벡터라고 합니다.폴리아데닐화 및 종단에 필요한 배열이 부족할 수 있으므로 단백질 생성에 사용되지 않을 수 있습니다.

표현

주요 기사: 표현 벡터

발현 벡터는 벡터 삽입의 전사를 통해 단백질을 생산하고 이어서 생성된 mRNA의 전사를 통해 생성되므로, 그들은 단순한 전사 전용 벡터보다 더 많은 성분을 필요로 한다.서로 다른 숙주 유기체에서의 발현에는 서로 다른 요소가 필요하지만, 예를 들어 전사의 개시 촉진제, 번역 개시 리보솜 결합 부위 및 종료 신호와 같은 유사한 요구 사항을 공유한다.

원핵생물 발현 벡터

  • 프로모터 - 일반적으로 사용되는 유도성 프로모터는 lac operon 및 T7 프로모터에서 파생된 프로모터입니다.Trp 프로모터와 Tac-Promoter는 Trp 프로모터와 Lac Operon 프로모터의 하이브리드입니다.
  • 리보솜 결합부위(RBS) - 프로모터를 따르며 관심 단백질의 효율적인 번역을 촉진합니다.
  • 변환 개시 사이트 - RBS에 둘러싸인 샤인 달가노 시퀀스, AUG 시작 코돈의 업스트림8 베이스 페어

진핵생물 발현 벡터

진핵생물 발현 벡터는 다음을 인코딩하는 시퀀스를 필요로 합니다.

  • 폴리아데닐화 테일:mRNA를 엑소뉴클라아제로부터 보호하고 전사 및 번역 종료를 보장하는 전사된 사전 mRNA의 끝에 폴리아데닐화 꼬리를 만듭니다. mRNA 생산을 안정화시킵니다.
  • 최소 UTR 길이: UTR에는 문자 변환 또는 변환을 방해할 수 있는 특정 특성이 포함되어 있기 때문에 최단 UTR 또는 최단 UTR은 최적의 표현 벡터로 부호화됩니다.
  • Kozak 시퀀스:벡터는 mRNA의 Kozak 시퀀스에 대해 인코딩해야 합니다.mRNA는 mRNA 변환을 위해 리보솜을 조립합니다.

특징들

현대의 인공적으로 구성된 벡터는 모든 벡터에서 볼 수 있는 필수 구성요소를 포함하고 일부 벡터에서만 볼 수 있는 다른 추가 특징을 포함할 수 있습니다.

  • 레플리케이션의 발신기지:호스트 셀 내 벡터의 복제 및 유지보수에 필요합니다.
  • 촉진제: 촉진제는 항생제 내성 유전자와 같은 벡터 내의 다른 유전자뿐만 아니라 벡터의 트랜스 유전자의 전사를 촉진하는 데 사용됩니다.일부 복제 벡터는 복제 삽입을 위한 프로모터를 가질 필요는 없지만 복제 제품이 발현될 수 있도록 발현 벡터의 필수 구성요소이다.
  • 복제 사이트:이것은 다중 복제 사이트 또는 결찰을 통해 외부 DNA를 벡터에 삽입할 수 있는 다른 특징일 수 있습니다.
  • 유전자 마커: 바이러스 벡터의 유전자 마커를 통해 벡터가 숙주의 게놈 DNA와 통합되었음을 확인할 수 있습니다.
  • 항생제 내성:항생제 내성 개방 판독 프레임을 가진 벡터는 항생제 선택을 통해 항생제를 포함한 배지에서 벡터를 차지한 세포의 생존을 가능하게 한다.
  • 에피토프:일부 벡터는 발현된 단백질에 포함될 수 있는 특정 에피토프에 대한 배열을 포함할 수 있다.표적 단백질을 발현하는 세포의 항체 식별을 가능하게 한다.
  • 리포터 유전자:일부 벡터는 삽입된 DNA 배열을 포함하는 플라스미드를 식별할 수 있는 리포터 유전자를 포함할 수 있습니다.예를 들어 lacZ-α는 갈락토스를 소화시키는 효소인 β-갈락토시다아제의 N말단 단편을 코드한다.다중 클로닝 부위는 lacZ-α 내에 있으며, 벡터에 성공적으로 결합되는 삽입물은 유전자 배열을 교란시켜 비활성 β-갈락토시다아제를 생성한다.인서트가 있는 벡터를 포함한 세포는 갈락토스의 유사체(X-gal)를 포함한 매체에서 세포를 성장시킴으로써 청색/백색 선택을 사용하여 동정할 수 있다.β-갈락토시드가수분해효소(따라서 삽입물을 포함하지 않음)를 발현하는 세포는 파란색 콜로니로 나타난다.흰색 군집은 삽입물을 포함할 수 있는 군락으로 선택됩니다.일반적으로 사용되는 다른 리포터들은 녹색 형광 단백질과 루시페라아제이다.
  • 타겟팅 시퀀스:발현 벡터는 세포 내의 특정 소기관 또는 세균의 증배 공간 등의 특정 위치에 발현된 단백질을 지시하는 완제품 단백질 중의 표적 배열을 코드화할 수 있다.
  • 단백질 정제 태그:일부 발현 벡터는 발현된 단백질을 보다 쉽게 정제할 수 있는 단백질 또는 펩타이드 배열을 포함한다.예를 들어 폴리히스티딘-태그, 글루타티온-S-전달효소 및 말토스 결합단백질을 들 수 있다.이러한 태그 중 일부는 또한 표적 단백질의 용해도를 증가시킬 수 있습니다.표적 단백질은 단백질 태그에 융합되지만 단백질과 태그 사이의 폴리펩타이드 링커 영역에 위치한 단백질 분해효소 분해 부위는 태그를 나중에 제거할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Vector". Genome.gov. Retrieved 2022-04-16.
  2. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (2000). "DNA Cloning with Plasmid Vectors". Molecular Cell Biology (4th ed.). New York: W. H. Freeman.
  3. ^ Acquaah G (16 August 2012). Principles of Plant Genetics and Breeding. John Wiley & Sons Inc. ISBN 978-1-118-31369-5.
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추가 정보

  • Freshney IR (2005-07-29). Culture of Animal Cells: A manual of basic technique. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-45329-1.

외부 링크