تطور منظومي للربائط بواسطة الإغناء المطرد

نظرة عامة على برتوكول الاختيار الصناعي. سلاسل الأحماض النووية (الدنا، الرنا، البنا) تبدأ كحلقة عشوائية ثم يتم إغناؤها عبر عملية الاختيار.

التطور المنظومي للربائط بواسطة الإغناء المطرد[1] (بالإنجليزية: Systematic evolution of ligands by exponential enrichment)‏ واختصارا (سيليكس|SELEX) وتسمى كذلك بالاختيار الصناعي أو التطور الصناعي، هي تقنيةُ كيمياء توافقية في علم الأحياء الجزيئي لإنتاج قليلاتِ نوكليوتيدِ دنا أو رنا منفردة السلاسل والتي ترتبط بربيطة محددة أو عدة ربائط.[2][3][4] رغم أن سيليكس يعتبر الاسم الأكثر شيوعا للإجراء، إلا أن بعض الباحثين يشيرون إله بـ (سآب-SAAB) (موقع الارتباط المختار والمضخم-selected and amplified binding site) وكذلك (كاستينغ-CASTing) (التضخيم الحلقي والاختياري للأهداف-cyclic amplification and selection of targets)[5][6] تم تعريف الإجراء أول مرة سنة 1990 وفي سنة 2015 نُشرت نسخة خاصة من مجلة التطور الجزيئي بمناسبة مرور ربع قرن على الاكتشاف.

العملية

تبدأ العلمية بصناعة مكتبة كبيرة جدا من قليلات نوكليوتيد متكونة من تسلسلات مشكَّلة عشوائيا وذات طول ثابت على أطرافها نهايتا 5' و3' دائمتين تعملان كمشرعات. لمنطقة مشكلة عشوائيا طولها ن، تكون عدد التسلسلات الممكنة في المكتبة هي 4ن (ن وضعية مع أربع احتمالات (A،T،C،G) لكل وضعية)، ثم تُعرَّض تسلسلات المكتبة لربيطةٍ مستهدفة -والتي يمكن أن تكون بروتينا أو مركبا عضويا صغيرا- وتُزال التسلسلات التي لم تقم بالارتباط، عادة بواسطة الاستشراب الانجذابي. بعدها يتم شطف السلاسل المرتبطة ومضاعفتها بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل لتحضيرها لجولات أخرى من التنقية التي تزيد فيها صرامة شروط الشطف لتحديد أشد التسلسلات ارتباطا. يوجد تقدمٌ في الطريقة الأصلية يسمح لمكتبة رنًا بالاستغناء عن وضع النهايتين المشرعتين الدائمتين، والتي يمكن أن يكون من الصعب إزالتها بعد عملية التنقية لأنهما تعملان على استقرار البنيات الثنائية التي تكون غير مستقرة حين تكون مكونة من المنطقة العشوائية وحدها.[7]

تُستخدم التقنية لتطوير أبتمرات ذات ارتباط تآلفي كبير مع مختلف الربائط المستهدفة، بما في ذلك الجزيئات الصغيرة مثل الـATP[8] والأدينوزين[9][10] والبروتينات مثل البريونات[11] وعوامل النمو البطانية الوعائية (VEGF).[12] فضلا على ذلك، تستخدم تقنية سيليكس لاختيار أبتمرات عالية الألفة للأهداف المعقدة مثل الخلايا الورمية.[13] الاستخدامات السريرية للتقنية مستوحاة من الأبتمرات التي ترتبط بالواسمات الورمية، [14] الفلوروفورات المتعلقة بالبروتينات الفلورية خضراء (GFP)،[15] والأبتمرات المرتبطة بـVEGF ذات الاسم التجاري ماكوجين التي تم اعتمادها من قبل إدارة الغذاء والدواء لعلاج التنكس البقعي.[12][16] بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم سيليكس للحصول على إنزيمات دنا عالية التخصص والتحفيز. العديد من إنزيمات الدنا الخاصة بالفلزات تم تقرير وجودها ومنها إنزيم الدنا GR-5 (المتخصص بالرصاص)،[17] إنزيم الدنا CA1-3 (المتخصص بالنحاس)،[18] إنزيم الدنا 39E (المتخصص باليوانيل)،[19] وإنزيم الدنا NaA43 (المتخصص بالصوديوم).[20]

هنالك أمر يجب أخذه في الحسبان وهو أن اختيار كيانات ذات ارتباط تآلفي مرتفع للغاية بتراكيز أقل من نانو مول يمكن أن لا يُحسِّن الخصوصية اتجاه الجزيء المستهدف.[21] الارتباط بغير الهدف المتعلق بجزيئات ذات صلة بالجزيء المستهدف يمكن أن يكون لها تأثيرات سريرية معتبرة. توسيع الأبجدية الجينية (يقصد بها حروف القواعد النووية الخمسة) ومنه الأبتمرات الممكنة باستخدام أزواج قواعد غير طبيعية[22][23] طُبِّق في سيليكس وتم تشكيل أبتمرات دنا عالية الألفة.[24]

الحصول على الدنا منفرد السلسلة

المراجع

  1. ^ موقـع القاموس نسخة محفوظة 11 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.
  2. ^ Oliphant، AR؛ Brandl، CJ؛ Struhl، K (1989). "Defining the sequence specificity of DNA-binding proteins by selecting binding sites from random-sequence oligonucleotides: analysis of yeast GCN4 proteins". Mol. Cell. Biol. ج. 9 ع. 7: 2944–2949. DOI:10.1128/mcb.9.7.2944. PMC:362762.
  3. ^ Tuerk، C؛ Gold، L (1990). "Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase". Science. ج. 249 ع. 4968: 505–510. Bibcode:1990Sci...249..505T. DOI:10.1126/science.2200121. PMID:2200121.
  4. ^ Ellington، AD؛ Szostak، JW (1990). "In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands". Nature. ج. 346 ع. 6287: 818–822. Bibcode:1990Natur.346..818E. DOI:10.1038/346818a0. PMID:1697402.
  5. ^ Blackwell، TK؛ Weintraub، H (1990). "Differences and similarities in DNA-binding preferences of MyoD and E2A protein complexes revealed by binding site selection". Science. ج. 250 ع. 4984: 1104–1110. Bibcode:1990Sci...250.1104B. DOI:10.1126/science.2174572.
  6. ^ Wright، WE؛ Binder، M؛ Funk، W (1991). "Cyclic amplification and selection of targets (CASTing) for the myogenic consensus site". Mol. Cell. Biol. ج. 11 ع. 8: 4104–4110. DOI:10.1128/mcb.11.8.4104.
  7. ^ Jarosch، F؛ Buchner، K؛ Klussmann، S (2006). "In vitro selection using a dual RNA library that allows primerless selection". Nucleic Acids Research. ج. 34 ع. 12: e86. DOI:10.1093/nar/gkl463. PMC:1524915. PMID:16855281.
  8. ^ Dieckmann، T؛ Suzuki، E؛ Nakamura، GK؛ Feigon، J (1996). "Solution structure of an ATP-binding RNA aptamer reveals a novel fold". RNA. ج. 2 ع. 7: 628–40. PMC:1369402. PMID:8756406.
  9. ^ Huizenga، DE؛ Szostak، JW (1995). "A DNA aptamer that binds adenosine and ATP". Biochemistry. ج. 34 ع. 2: 656–65. DOI:10.1021/bi00002a033. PMID:7819261.
  10. ^ Burke، DH؛ Gold، L (1997). "RNA aptamers to the adenosine moiety of S-adenosyl methionine: structural inferences from variations on a theme and the reproducibility of SELEX". Nucleic Acids Research. ج. 25 ع. 10: 2020–4. DOI:10.1093/nar/25.10.2020. PMC:146680. PMID:9115371.
  11. ^ Mercey، R؛ Lantier، I؛ Maurel، MC؛ Grosclaude، J؛ Lantier، F؛ Marc، D (2006). "Fast, reversible interaction of prion protein with RNA aptamers containing specific sequence patterns". Arch. Virol. ج. 151 ع. 11: 2197–214. DOI:10.1007/s00705-006-0790-3. PMID:16799875.
  12. ^ ا ب Ulrich، H؛ Trujillo، CA؛ Nery، AA؛ Alves، JM؛ Majumder، P؛ Resende، RR؛ Martins، AH (2006). "DNA and RNA aptamers: from tools for basic research towards therapeutic applications". Comb. Chem. High Throughput Screen. ج. 9 ع. 8: 619–32. DOI:10.2174/138620706778249695. PMID:17017882.
  13. ^ Daniels، Dion A.؛ Chen، Hang؛ Hicke، Brian J.؛ Swiderek، Kristine M.؛ Gold، Larry (23 ديسمبر 2003). "A tenascin-C aptamer identified by tumor cell SELEX: Systematic evolution of ligands by exponential enrichment". Proceedings of the National Academy of Sciences. ج. 100 ع. 26: 15416–15421. Bibcode:2003PNAS..10015416D. DOI:10.1073/pnas.2136683100. ISSN:0027-8424. PMC:307582. PMID:14676325. مؤرشف من الأصل في 2018-10-30.
  14. ^ Ferreira، CS؛ Matthews، CS؛ Missailidis، S (2006). "DNA aptamers that bind to MUC1 tumour marker: design and characterization of MUC1-binding single-stranded DNA aptamers". Tumour Biol. ج. 27 ع. 6: 289–301. DOI:10.1159/000096085. PMID:17033199.
  15. ^ Paige، J. S.؛ Wu، K. Y.؛ Jaffrey، S. R. (2011). "RNA Mimics of Green Fluorescent Protein". Science. ج. 333 ع. 6042: 642–646. Bibcode:2011Sci...333..642P. DOI:10.1126/science.1207339. ISSN:0036-8075. PMC:3314379.
  16. ^ Vavvas، D؛ D'Amico، DJ (2006). "Pegaptanib (Macugen): treating neovascular age-related macular degeneration and current role in clinical practice". Ophthalmol. Clin. North Am. ج. 19 ع. 3: 353–60. DOI:10.1016/j.ohc.2006.05.008. PMID:16935210.
  17. ^ Breaker، Ronald R.؛ Joyce، Gerald F. (ديسمبر 1994). "A DNA enzyme that cleaves RNA". Chemistry & Biology. ج. 1 ع. 4: 223–229. DOI:10.1016/1074-5521(94)90014-0. PMID:9383394. مؤرشف من الأصل في 2019-06-09.
  18. ^ Carmi، Nir؛ Shultz، Lisa A.؛ Breaker، Ronald R. (ديسمبر 1996). "In vitro selection of self-cleaving DNAs". Chemistry & Biology. ج. 3 ع. 12: 1039–1046. DOI:10.1016/s1074-5521(96)90170-2. PMID:9000012. مؤرشف من الأصل في 2019-06-09.
  19. ^ Liu، Juewen؛ Brown، Andrea K.؛ Meng، Xiangli؛ Cropek، Donald M.؛ Istok، Jonathan D.؛ Watson، David B.؛ Lu، Yi (13 فبراير 2007). "A catalytic beacon sensor for uranium with parts-per-trillion sensitivity and millionfold selectivity". Proceedings of the National Academy of Sciences. ج. 104 ع. 7: 2056–2061. Bibcode:2007PNAS..104.2056L. DOI:10.1073/pnas.0607875104. ISSN:0027-8424. PMC:1892917. PMID:17284609. مؤرشف من الأصل في 2018-10-30.
  20. ^ Torabi، Seyed-Fakhreddin؛ Wu، Peiwen؛ McGhee، Claire E.؛ Chen، Lu؛ Hwang، Kevin؛ Zheng، Nan؛ Cheng، Jianjun؛ Lu، Yi (12 مايو 2015). "In vitro selection of a sodium-specific DNAzyme and its application in intracellular sensing". Proceedings of the National Academy of Sciences. ج. 112 ع. 19: 5903–5908. Bibcode:2015PNAS..112.5903T. DOI:10.1073/pnas.1420361112. ISSN:0027-8424. PMC:4434688. PMID:25918425. مؤرشف من الأصل في 2018-10-30.
  21. ^ Carothers، JM؛ Oestreich، SC؛ Szostak، JW (2006). "Aptamers selected for higher-affinity binding are not more specific for the target ligand". J. Am. Chem. Soc. ج. 128 ع. 24: 7929–37. DOI:10.1021/ja060952q. PMC:4287982. PMID:16771507.
  22. ^ Kimoto، M.؛ وآخرون (2009). "An unnatural base pair system for efficient PCR amplification and functionalization of DNA molecules". Nucleic Acids Research. ج. 37 ع. 2: e14. DOI:10.1093/nar/gkn956. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |مؤلف2-الأخير= (مساعدة)
  23. ^ Yamashige، R.؛ وآخرون (2012). "Highly specific unnatural base pair systems as a third base pair for PCR amplification". Nucleic Acids Research. ج. 40 ع. 6: 2793–2806. DOI:10.1093/nar/gkr1068. PMC:3315302. PMID:22121213.
  24. ^ Kimoto، Michiko؛ Yamashige، Rie؛ Matsunaga، Ken-ichiro؛ Yokoyama، Shigeyuki؛ Hirao، Ichiro (سبتمبر 2012). "Generation of high-affinity DNA aptamers using an expanded genetic alphabet". Nat. Biotechnol. ج. 31 ع. 5: 453–457. DOI:10.1038/nbt.2556. PMID:23563318.