जीन नॉक-इन

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आणविक क्लोनिंग और जीव विज्ञान में, एक जीन नॉक-इन (संक्षिप्त नाम: KI) एक जेनेटिक इंजीनियरिंग विधि को संदर्भित करता है जिसमें लोकस (आनुवांशिकी) या अनुक्रम जानकारी के सम्मिलन (जेनेटिक्स) में डीएनए अनुक्रम जानकारी का एक-के-लिए-एक प्रतिस्थापन शामिल होता है। लोकस के भीतर नहीं मिला.[1] आमतौर पर, यह चूहों में किया जाता है क्योंकि इस प्रक्रिया की तकनीक अधिक परिष्कृत है और चूहों और मनुष्यों के बीच उच्च स्तर की साझा अनुक्रम जटिलता है।[2] नॉक-इन तकनीक और पारंपरिक ट्रांसजेनिक तकनीकों के बीच अंतर यह है कि नॉक-इन में एक जीन को एक विशिष्ट स्थान में डाला जाता है, और इस प्रकार यह एक लक्षित सम्मिलन होता है। यह जीन नॉकआउट के विपरीत है।

नॉक-इन तकनीक का एक सामान्य उपयोग रोग मॉडल के निर्माण के लिए है। यह एक ऐसी तकनीक है जिसके द्वारा वैज्ञानिक जांचकर्ता नियामक मशीनरी (उदाहरण के लिए प्रमोटर (जीवविज्ञान)) के कार्य का अध्ययन कर सकते हैं जो प्रतिस्थापित होने वाले प्राकृतिक जीन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है। यह प्रश्न में जीव के नए फेनोटाइप को देखकर पूरा किया जाता है। इस मामले में जीवाणु कृत्रिम गुणसूत्र और यीस्ट कृत्रिम गुणसूत्र का उपयोग किया जाता है ताकि बड़े टुकड़ों को स्थानांतरित किया जा सके।

तकनीक

जीन नॉक-इन की उत्पत्ति मार्टिन इवांस, ओलिवर स्मिथीज़ और मारियो कैपेची द्वारा विकसित मूल नॉकआउट तकनीक के एक मामूली संशोधन के रूप में हुई। परंपरागत रूप से, नॉक-इन तकनीकें लक्षित जीन प्रतिस्थापन को चलाने के लिए समजात पुनर्संयोजन पर निर्भर करती हैं, हालांकि लक्ष्य जीन को सम्मिलित करने के लिए ट्रांसपोसॉन-मध्यस्थता प्रणाली का उपयोग करने वाली अन्य विधियां विकसित की गई हैं।[3] LoxP फ़्लैंकिंग साइटों का उपयोग, जो जीन वैक्टर के साथ Cre recombinase की अभिव्यक्ति पर उत्तेजित हो जाते हैं, इसका एक उदाहरण है। रुचि के संशोधन के साथ भ्रूण स्टेम कोशिकाओं को फिर एक व्यवहार्य ब्लास्टोसिस्ट में प्रत्यारोपित किया जाता है, जो एक परिपक्व चिमेरा (आनुवांशिकी) माउस में विकसित होगा, जिसमें कुछ कोशिकाओं में मूल ब्लास्टोसिस्ट कोशिका आनुवंशिक जानकारी होगी और अन्य कोशिकाओं में भ्रूण स्टेम कोशिकाओं में पेश किए गए संशोधन होंगे। इसके बाद काइमेरिक चूहे की संतानों में जीन नॉक-इन होगा।[4]

जीन नॉक-इन ने पहली बार जीन संशोधनों और परिणामी फेनोटाइप पर परिकल्पना-संचालित अध्ययन की अनुमति दी है। उदाहरण के लिए, मानव पी53 जीन में उत्परिवर्तन बेंजो(ए)पाइरीन (बीएपी) के संपर्क से प्रेरित हो सकता है और पी53 जीन की उत्परिवर्तित प्रतिलिपि को माउस जीनोम में डाला जा सकता है। नॉक-इन चूहों में देखे गए फेफड़े के ट्यूमर BaP की कैंसरजन्यता की परिकल्पना के लिए समर्थन प्रदान करते हैं।[5] नॉक-इन तकनीक में हाल के विकास ने सूअरों को CRISPR|CRISPR/Cas9 प्रणाली के साथ हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन के लिए एक जीन डालने की अनुमति दी है, जो अधिक सटीक और सफल जीन सम्मिलन की अनुमति देता है।[6] CRISPR/Cas9-मध्यस्थता जीन नॉक-इन की गति कुछ जीनों में विकट: द्विवार्षिक संशोधनों को उत्पन्न करने और चूहों में फेनोटाइप को एक ही पीढ़ी में, एक अभूतपूर्व समय सीमा में देखने की भी अनुमति देती है।[7]


बनाम जीन नॉकआउट

नॉक-इन तकनीक जीन नॉकआउट तकनीक से भिन्न है क्योंकि नॉकआउट तकनीक का उद्देश्य किसी विशिष्ट आनुवंशिक स्थान की अभिव्यक्ति को बाधित करने के लिए या तो डीएनए अनुक्रम के भाग को हटाना (आनुवांशिकी) या अप्रासंगिक डीएनए अनुक्रम जानकारी को सम्मिलन (आनुवांशिकी) करना है। दूसरी ओर, जीन नॉक-इन तकनीक, डीएनए अनुक्रम जानकारी के एक-के-एक प्रतिस्थापन के माध्यम से या अनुक्रम जानकारी को जोड़कर रुचि के आनुवंशिक स्थान को बदल देती है जो उक्त आनुवंशिक स्थान पर नहीं पाई जाती है। इसलिए एक जीन नॉक-इन को फ़ंक्शन का लाभ उत्परिवर्तन के रूप में देखा जा सकता है और जीन नॉकआउट को फ़ंक्शन का नुकसान उत्परिवर्तन के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन एक जीन नॉक-इन में एक उत्परिवर्ती फेनोटाइप के लिए एक कार्यात्मक जीन लोकस का प्रतिस्थापन भी शामिल हो सकता है जो कि परिणामस्वरूप कार्य में कुछ हानि होती है।[8]


संभावित अनुप्रयोग

जीन नॉक-इन विधियों की अब तक की सफलता के कारण, कई नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों की कल्पना की जा सकती है। मानव इम्युनोग्लोबुलिन जीन के कुछ हिस्सों को चूहों में डालने से उन्हें मानवीकृत एंटीबॉडी का उत्पादन करने की अनुमति मिलती है जो चिकित्सीय रूप से उपयोगी होती है।[9] कुछ ऊतकों में लक्षित जीन फ़ंक्शन को बहाल करने के लिए मनुष्यों में स्टेम कोशिकाओं को संशोधित करना संभव होना चाहिए, उदाहरण के लिए संभवतः एक्स-लिंक्ड गंभीर वाले लोगों में लिम्फोसाइट विकास को बहाल करने के [[हेमेटोपोएटिक मूल कोशिका ]] कोशिकाओं में आईएल आईएल-2 रिसेप्टर के उत्परिवर्ती गामा-श्रृंखला जीन को ठीक करना संयुक्त इम्युनोडेफिशिएंसी।[4]


सीमाएँ

जबकि जीन नॉक-इन तकनीक मानव रोग के मॉडल और विवो में प्रोटीन की अंतर्दृष्टि के लिए एक शक्तिशाली तकनीक साबित हुई है, कई सीमाएं अभी भी मौजूद हैं। इनमें से कई को नॉकआउट तकनीक की सीमाओं के साथ साझा किया गया है। सबसे पहले, नॉक-इन जीन के संयोजन से उन अंतःक्रियाओं में जटिलता बढ़ जाती है जो सम्मिलित जीन और उनके उत्पाद जीनोम के अन्य वर्गों के साथ होती हैं और इसलिए अधिक दुष्प्रभाव और समझाने में मुश्किल फेनोटाइप हो सकते हैं। इसके अलावा, केवल कुछ लोकी, जैसे कि ROSA26 लोकस को पर्याप्त रूप से चित्रित किया गया है, जहां उनका उपयोग सशर्त जीन नॉक-इन के लिए किया जा सकता है; एक ही स्थान पर रिपोर्टर जीन और ट्रांसजीन का संयोजन बनाना समस्याग्रस्त है। मानव रोग मॉडल पीढ़ी के लिए जीन नॉक-इन का उपयोग करने का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि माउस फिजियोलॉजी मनुष्यों के समान नहीं है और चूहों में व्यक्त प्रोटीन के मानव ऑर्थोलोग अक्सर मानव विकृति विज्ञान में जीन की भूमिका को पूरी तरह से प्रतिबिंबित नहीं करेंगे।[10] इसे [[पुटीय तंतुशोथ ट्रांसमेम्ब्रेन प्रवाहकत्त्व नियामक]] में ΔF508 फाइब्रोसिस उत्परिवर्तन के साथ उत्पादित चूहों में देखा जा सकता है, जो मानव आबादी के लिए इस जीन में 70% से अधिक उत्परिवर्तन के लिए जिम्मेदार है और सिस्टिक फाइब्रोसिस की ओर ले जाता है। जबकि ΔF508 CF चूहे मानव उत्परिवर्तन की विशेषता वाले प्रसंस्करण दोषों को प्रदर्शित करते हैं, वे मनुष्यों में देखे गए फुफ्फुसीय पैथोफिजियोलॉजिकल परिवर्तनों को प्रदर्शित नहीं करते हैं और वस्तुतः कोई फेफड़े का फेनोटाइप नहीं रखते हैं।[11] इस तरह की समस्याओं को विभिन्न प्रकार के पशु मॉडल के उपयोग से सुधारा जा सकता है, और ΔF508 उत्परिवर्तन की गतिविधि को बेहतर ढंग से समझाने के प्रयास में सुअर मॉडल (सूअर के फेफड़े मानव फेफड़ों के साथ कई जैव रासायनिक और शारीरिक समानताएं साझा करते हैं) तैयार किए गए हैं।[12]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Gibson, Greg (2009). A Primer Of Genome Science 3rd ed. Sunderland, Massachusetts: Sinauer. pp. 301–302. ISBN 978-0-87893-236-8.
  2. ↑ Mouse Genome Sequencing Consortium; Waterston, Robert H.; Lindblad-Toh, Kerstin; Birney, Ewan; Rogers, Jane; Abril, Josep F.; Agarwal, Pankaj; Agarwala, Richa; Ainscough, Rachel (2002-12-05). "माउस जीनोम का शुरुआती अनुक्रम और तुलनात्मक विश्लेषण". Nature. 420 (6915): 520–562. Bibcode:2002Natur.420..520W. doi:10.1038/nature01262. ISSN 0028-0836. PMID 12466850.
  3. ↑ Westphal, C. H.; Leder, P. (1997-07-01). "चूहों में उपयोग के लिए ट्रांसपोसॉन-जनित 'नॉक-आउट' और 'नॉक-इन' जीन-लक्ष्यीकरण निर्माण". Current Biology. 7 (7): 530–533. doi:10.1016/s0960-9822(06)00224-7. ISSN 0960-9822. PMID 9210379.
  4. ↑ 4.0 4.1 Manis, John P. (2007-12-13). "नॉक आउट, नॉक इन, नॉक डाउन--आनुवंशिक रूप से हेरफेर किए गए चूहे और नोबेल पुरस्कार". The New England Journal of Medicine. 357 (24): 2426–2429. doi:10.1056/NEJMp0707712. ISSN 1533-4406. PMID 18077807.
  5. ↑ Liu, Zhipei; Muehlbauer, Karl-Rudolf; Schmeiser, Heinz H.; Hergenhahn, Manfred; Belharazem, Djeda; Hollstein, Monica C. (2005-04-01). "p53 mutations in benzo(a)pyrene-exposed human p53 knock-in murine fibroblasts correlate with p53 mutations in human lung tumors". Cancer Research. 65 (7): 2583–2587. doi:10.1158/0008-5472.CAN-04-3675. ISSN 0008-5472. PMID 15805253.
  6. ↑ Ruan, Jinxue; Li, Hegang; Xu, Kui; Wu, Tianwen; Wei, Jingliang; Zhou, Rong; Liu, Zhiguo; Mu, Yulian; Yang, Shulin (2015-09-18). "Highly efficient CRISPR/Cas9-mediated transgene knockin at the H11 locus in pigs". Scientific Reports (in English). 5: 14253. Bibcode:2015NatSR...514253R. doi:10.1038/srep14253. PMC 4585612. PMID 26381350.
  7. ↑ Wang, Yanliang; Li, Junhong; Xiang, Jinzhu; Wen, Bingqiang; Mu, Haiyuan; Zhang, Wei; Han, Jianyong (2015-12-10). "ईएससी के सीआरआईएसपीआर-मध्यस्थता जीनोम संपादन के माध्यम से बायलॉजिकल रिपोर्टर जीन नॉक-इन चूहों की अत्यधिक कुशल पीढ़ी". Protein & Cell (in English). 7 (2): 152–156. doi:10.1007/s13238-015-0228-3. ISSN 1674-800X. PMC 4742388. PMID 26661644.
  8. ↑ Doyle, Alfred; McGarry, Michael P.; Lee, Nancy A.; Lee, James J. (2012-04-01). "The Construction of Transgenic and Gene Knockout/Knockin Mouse Models of Human Disease". Transgenic Research. 21 (2): 327–349. doi:10.1007/s11248-011-9537-3. ISSN 0962-8819. PMC 3516403. PMID 21800101.
  9. ↑ Benatuil, Lorenzo; Kaye, Joel; Cretin, Nathalie; Godwin, Jonathan G.; Cariappa, Annaiah; Pillai, Shiv; Iacomini, John (2008-03-15). "Ig knock-in mice producing anti-carbohydrate antibodies: breakthrough of B cells producing low affinity anti-self antibodies". Journal of Immunology. 180 (6): 3839–3848. doi:10.4049/jimmunol.180.6.3839. ISSN 0022-1767. PMID 18322191.
  10. ↑ Tellkamp, Frederik; Benhadou, Farida; Bremer, Jeroen; Gnarra, Maria; Knüver, Jana; Schaffenrath, Sandra; Vorhagen, Susanne (2014-12-01). "Transgenic mouse technology in skin biology: generation of knockin mice". The Journal of Investigative Dermatology. 134 (12): 1–3. doi:10.1038/jid.2014.434. ISSN 1523-1747. PMID 25381772.
  11. ↑ Grubb, Barbara R.; Boucher, Richard C. (1999-01-01). "सिस्टिक फाइब्रोसिस के लिए जीन-लक्षित माउस मॉडल की पैथोफिजियोलॉजी". Physiological Reviews (in English). 79 (1): S193–S214. doi:10.1152/physrev.1999.79.1.S193. ISSN 0031-9333. PMID 9922382.
  12. ↑ Rogers, Christopher S.; Hao, Yanhong; Rokhlina, Tatiana; Samuel, Melissa; Stoltz, David A.; Li, Yuhong; Petroff, Elena; Vermeer, Daniel W.; Kabel, Amanda C. (2008-04-01). "Production of CFTR-null and CFTR-DeltaF508 heterozygous pigs by adeno-associated virus-mediated gene targeting and somatic cell nuclear transfer". The Journal of Clinical Investigation. 118 (4): 1571–1577. doi:10.1172/JCI34773. ISSN 0021-9738. PMC 2265103. PMID 18324337.


बाहरी संबंध

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