Zinkfingernukleasen
Zinkfinger-Nukleasen (oder ZFN) sind ein Werkzeug, mit dem Gene gezielt angegriffen und DNA verändert werden können. Es ist eine von drei Methoden zur Veränderung des Genoms mit Hilfe von technisch hergestellten Nukleasen.
Sie bestehen aus zwei Teilen. Zinkfinger sind künstlich hergestellte Moleküle, die aus einem Protein und Zink bestehen. Jedes bindet an eine bestimmte DNA. Zinkfinger-Nukleasen (ZFNs) sind Enzyme, die durch die Verschmelzung eines Zinkfingers mit einem DNA-Spaltungsenzym namens Fokl erhalten werden. Das ZFN bindet also an eine bestimmte DNA-Sequenz und schneidet sie dann an zwei Stellen ab. Normale Zellenzyme kleben die Enden zusammen, abzüglich des herausgeschnittenen Bits (DNA-Reparatur).
Jedes ZFN wird für ein einzelnes Gen verwendet, das als "Zielgen" oder "Ziel-DNA" bezeichnet wird. Sie können so gestaltet sein, dass sie an bestimmten Teilen von Genen arbeiten, um eine gewünschte Veränderung herbeizuführen. Die beiden Arten von DNA-Veränderungen sind Mutationen wie Deletionen und Insertionen. In der Genforschung werden mutierte tierische Versuchspersonen untersucht, um herauszufinden, was das jeweilige Gen bewirkt.
3-D-Darstellung eines Zinkfingermoleküls. Zinkfinger sind blau und das Zinkion ist grün markiert.
Fingerstruktur aus Zink
'Zinkfinger' ist der Name vieler Proteinstrukturen. Das Zinkatom bindet die Proteine und macht sie stabiler. ZFNs binden an DNA-Basenpaare. Ein Zinkfinger kann von sich aus etwa 3 Basenpaare binden.
ZFN-Funktion
Zinkfinger-Nukleasen werden mit 3-6 Zinkfingern hergestellt. ZFNs haben zwei wichtige Domänen: eine DNA-Bindungsdomäne und eine DNA-Spaltdomäne. Die DNA-Spaltdomäne verwendet ein Enzym namens Fokl, das die DNA spaltet.
ZFNs können nur die DNA-Sequenzen ändern, für die sie bestimmt sind. Die DNA-Bindungsdomäne bindet an eine bestimmte DNA-Sequenz. Zwei ZFNs, die für die gleiche DNA-Sequenz konzipiert sind, müssen ein Gen verändern. Die DNA-bindenden Domänen binden an beide Stränge auf der DNA-Doppelhelix. DNA-spaltende Domänen brechen den DNA-Strang auf und schneiden die Gen-Basenpaare heraus. Die Zellen fixieren die gebrochenen DNA-Stränge von sich aus mittels DNA-Reparatur. Deletionsmutationen entstehen durch fehlende Basenpaare nach der DNA-Reparatur.
Die Länge der Zielgensequenz kann ebenfalls angegeben werden. Mindestens 9 Basenpaare können mit 3 Zinkfingern verändert werden. Dies ist nützlich, um sehr kurze DNA-Sequenzen zu entfernen und einzufügen und ihre Wirkung auf das Zielgen zu bestimmen. Auch große Sequenzen können mit mehr als einem ZFN verändert werden.
Verwendung von ZFNs
ZFNs wurden zur Entdeckung von Genfunktionen in vielen genetischen Studien verwendet. ZFNs können verwendet werden, um die DNA bei jeder Spezies zu verändern. Ein weiteres Merkmal von ZFNs ist, dass sie in vivo (in lebenden Organismen) verwendet werden können. Derzeit werden sie bei Modellorganismen verwendet: Pflanzen, Insekten und Fischen.
Eine Liste von Organismen, die an der genverändernden Forschung des ZFN beteiligt sind, enthält
- Arabidopsis
- Rinder
- C. elegans
- Mais
- Drosophila melanogaster
- Frösche
- Mäuse
- Schweine
- Kaninchen
- Ratten
- Seeigel
- Seidenraupen
- Sojabohnen
- Tabak
- Zebrafisch
Probleme bei der Nutzung von ZFNs
Das größte Problem bei ZFNs ist die versehentliche Veränderung von Genen neben dem Zielgen. Ein ZFN muss gemacht werden, um die richtigen Basenpaare auf dem Zielgen zu finden. Diese Basenpaare werden so ausgewählt, dass nur das Zielgen sie hat. DNA-Spaltdomänen funktionieren auf jeder DNA-Sequenz, so dass die Bindung an eine falsche Gensequenz diese stattdessen verändert. ZFNs, die Basenpaare für mehr als ein Gen ausschalten, gelten nicht als genau.
Fragen und Antworten
F: Was sind Zinkfingernukleasen oder ZFN?
A: Zinkfingernukleasen oder ZFN sind ein Werkzeug, das zur gezielten Veränderung von Genen und DNA eingesetzt wird.
F: Welche drei Methoden gibt es, um das Genom mit manipulierten Nukleasen zu verändern?
A: Zinkfingernukleasen oder ZFN, Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALEN) und Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) sind die drei Methoden zur Veränderung des Genoms mit Hilfe von technischen Nukleasen.
F: Was sind Zinkfinger?
A: Zinkfinger sind künstlich hergestellte Moleküle, die aus einem Protein und Zink bestehen und an eine bestimmte DNA binden.
F: Was sind Zinkfingernukleasen (ZFNs)?
A: Zinkfingernukleasen (ZFNs) sind Enzyme, die durch die Fusion eines Zinkfingers mit einem DNA-Spaltungsenzym namens Fokl entstehen.
F: Was passiert, wenn sich das ZFN an eine bestimmte DNA-Sequenz bindet?
A: Wenn der ZFN an eine bestimmte DNA-Sequenz bindet, schneidet er sie an zwei Stellen.
F: Was machen die normalen Zellenzyme, nachdem die DNA herausgeschnitten wurde?
A: Normale Zellenzyme kleben die Enden zusammen, abzüglich des herausgeschnittenen Teils (DNA-Reparatur).
F: Welche zwei Arten von DNA-Veränderungen können Zinkfingernukleasen oder ZFN vornehmen?
A: Zinkfingernukleasen oder ZFN können zwei Arten von DNA-Veränderungen vornehmen: Mutationen wie Deletionen und Insertionen.
