기능유전체학 스크리닝
기능유전체학은 생화학, 세포 그리고 생리학 경로에서 유전자의 기능 및 관여 여부를 발견하도록 합니다. 유전체 변형을 용이하게 프로그래밍하는 도구와 함께 완전한 유전체 서열의 가용성 덕분에 유전체 규모에서 이러한 분석을 수행할 수 있습니다. 유전체 스크리닝의 기본적인 목적은 표적화된, 목적이 있는 방법으로 유전자 기능을 변형하여 특정 표현형의 발생을 이해하는 것입니다. 세포 또는 유기체에서 개별적인 유전자가 삭제 또는 변형되는 경우, 표현형 또는 행동의 변경을 주의 깊게 계획된 실험을 통해 직간접적으로 관찰할 수 있습니다. 기능유전체학 스크리닝은 이러한 분석을 체계적이고 비교적인 방법으로 수행하도록 하여 복잡한 경로 및 질병 상태를 설명하고 신약 표적 규명을 촉진합니다.
기능유전체학이 유전학을 표현형에 연결하는 두 가지의 기본적인 방법이 있습니다. 순유전학 스크리닝(forward genetic screening)은 여러 유전자의 변형, 관심있는 표현형을 가진 세포 또는 유기체 선택 그리고 표현형 변경을 촉발한 유전자 조정의 식별을 포함합니다. 역유전학 스크리닝(reverse genetic screening)은 특정 유전자 또는 유전자 조합의 파괴 이후 세포 또는 유기체의 표현형을 분석합니다.
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유전자 편집, 유전자 침묵화, 유전자 변형, 차세대 염기서열분석(NGS) 및 표현형 스크리닝 기술의 발달로 다양한 범위의 모델 시스템에서 기능유전체 스크리닝의 효과적인 수행이 가능해 졌습니다.
- RNA 간섭(RNAi): 유전자 침묵화를 위해 긴 이중 사슬 RNA(dsRNA), 합성 소형 간섭 RNA(siRNA) 그리고 짧은 헤어핀 RNA(shRNA)를 포함한 여러 유형의 RNAi 제제를 사용할 수 있습니다. 이러한 RNAi 제제는 변형 인자(siRNA 및 dsRNA)의 직접적인 트랜스펙션이나 프로모터 추진(promoter-driven) shRNA를 부호화하는 DNA의 트랜스펙션으로 또는 shRNA 카세트가 클론된 렌티바이러스 구조물을 사용한 바이러스 형질도입법으로 세포에 삽입됩니다. dsRNA 및 siRNA는 대용량 스크리닝을 위한 배열(arrayed) 스크린에서 사용될 수 있지만, shRNA는 대용량 스크리닝을 위한 배열(arrayed) 또는 통합(pooled) 스크리닝에서 세포 군집에 삽입되며, 통합 스크리닝은 디콘볼루션(deconvolution)을 위해 차세대 염기서열분석(NGS)을 사용합니다.
- CRISPR-Cas 시스템: CRISPR(주기적 간격으로 분포하는 짧은 회문구조 반복서열) 시스템을 포유류 세포의 유전체, 전사체(transcriptome) 및 후성유전체(epigenome)를 조작하기 위해 사용할 수 있습니다. CRISPR-Cas9 유전자 편집에서, Cas9 핵산분해효소는 특정 유전자자리에 대해 표적화되었습니다. 사용된 Cas9 변종에 따라서, CRISPR은 틀이동(frameshift) 돌연변이 주입, 전사 장치 억제, 발현을 활성화하도록 전사 요인을 동원 또는 후생유전학 표지자 변형을 통해 전사물 생산을 유전적으로 중지하도록 사용될 수 있습니다. RNAi와 유사하게, CRISPR는 배열 스크리닝에서 RNP 복합체로서 또는 통합 및 배열 스크리닝 애플리케이션 모두를 위해 플라스미드 DNA 또는 렌티바이러스로서 직접 삽입될 수 있습니다. CRISPR 풀(pool), 라이브러리 및 배열(array)은 기능분석을 위해 유전자의 다용도, 대용량 스크리닝을 특별히 가능하게 합니다. 유전체 조정 스크리닝은 핵산분해효소를 사용하지 않는 CRISPR 시스템으로 또한 가능하며, 이는 효소적으로 불활성인 dCas9와 함께 유전자 전사를 활성(CRISPRa) 또는 억제(CRISPRi)하는 전사 효과기(transcriptional effector)를 활용하여, 유전자 발현을 증가 또는 감소시킵니다.
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