¿Cómo encontrar una secuencia parcial de ADNc

Los investigadores a encontrar secuencias parciales de DNA químicamente romper copias de una molécula de DNA para crear una matriz de fragmentos que difieren en la longitud de una base. En este proceso, la base en un extremo de cada fragmento se inserta en uno de los cuatro tintes fluorescentes, el color de la tintura en función de la identidad de la base en esa posición. Máquinas a continuación, ordenar los fragmentos etiquetados de acuerdo a su tamaño. Por último, un láser excita el tinte etiquetas uno por uno. El resultado es una secuencia de colores que se pueden leer electrónicamente y que se corresponde con el orden de las bases en un extremo de la DNA que se analiza. Secuencias parciales de cientos de bases de longitud, puede ser reconstruido en una computadora para producir las secuencias de genes completos.

Una vez que hemos hecho un ADNc, podemos copiar para producir tanto como queremos. Eso significa que tendremos material suficiente para determinar el orden de sus bases. Porque sabemos que las normas que las células utilizan para convertir secuencias de ADN en las secuencias de aminoácidos que constituyen las proteínas, la ordenación de las bases nos dice la secuencia de aminoácidos de la correspondiente fragmento de la proteína. Esa secuencia, a su vez, puede ser comparado con las secuencias de proteínas cuyas estructuras son conocidas. Esta maniobra a menudo nos dice algo acerca de la función de la proteína completa, porque las proteínas que contienen secuencias de aminoácidos similares a menudo realizan tareas similares.

Análisis de secuencias de DNA que solía ser muy lento, pero en los últimos años los instrumentos biomédicos han sido desarrollados que pueden realizar la tarea de forma fiable y automática. Otro desarrollo es también necesario para hacer nuestra estrategia viable. Secuenciación de equipos, cuando se opera en la escala que se contempla, produce cantidades gigantescas de datos. Afortunadamente, los sistemas informáticos capaces de manejar los megabytes resultantes están ahora disponibles, y nosotros y otros han escrito un software que nos ayuda a dar sentido a esta riqueza de detalles genéticos.

El montaje de la Puzzle

Nuestra técnica para la identificación de los genes usados por una célula es analizar una secuencia de 300 a 500 bases en un extremo de cada molécula de DNA. Estas secuencias parciales de ADNc actúan como marcadores para los genes ya veces se hace referencia a las etiquetas de secuencias expresadas. Hemos elegido esta longitud de nuestros secuencias parciales de ADNc, porque es lo suficientemente corto como para analizar con bastante rapidez, pero todavía el tiempo suficiente para identificar un gen de forma inequívoca. Si una molécula de DNA es como un artículo de un artículo, una secuencia parcial es como la primera página de la articleit puede identificar el artículo y hasta nos dan una idea de lo que trata el artículo. Secuencias parciales de ADNc, del mismo modo, puede decirnos algo sobre el gen que les confiere. En HGS, se producen alrededor de un millón de bases de datos de secuencia en bruto todos los días.

Nuestro método está dando buenos resultados: se han identificado miles de genes, muchos de los cuales pueden jugar un papel en la enfermedad. Otras empresas y los investigadores académicos también han iniciado programas para generar secuencias parciales de DNA.

HGS computadoras reconocen muchas de las secuencias parciales se producen como derivados ya sea de uno de los investigadores ya han identificado los genes por otros medios o de un gen previamente hemos encontrado a nosotros mismos. Cuando definitivamente no se puede asignar una secuencia parcial recién generado a un gen conocido, las cosas se ponen más interesantes. Nuestros ordenadores a continuación, analizar a través de nuestras bases de datos, así como bases de datos públicas para ver si la nueva secuencia parcial de solapamientos algo que alguien ha registrado antes.

Cuando encontramos un claro solapamiento, que ensamblar las secuencias de superposición parcial en vez de alargamiento segmentos llamados contigs. Contigs corresponden, entonces, a las secuencias incompletas se infiere a estar presente en algún lugar de un gen de los padres. Este proceso es algo similar a la pesca de las frases "un la medianoche triste, mientras meditaba "y" mientras meditaba, débil y cansado / a. Durante muchos.. volumen "y agruparlos en un fragmento reconocible como parte de" de Edgar Allan Poe El cuervo ".

Al mismo tiempo, se intenta deducir la función probable de la proteína correspondiente a la secuencia parcial. Una vez que hemos pronosticado la estructura de la proteína, se clasifican de acuerdo a su similitud con las estructuras de las proteínas conocidas. A veces nos encontramos con un partido con otra proteína, el Homo sapiens, pero a menudo nos damos cuenta de un partido con uno de una bacteria, hongo, planta o insecto: otros organismos producen muchas proteínas con funciones similares a las de sapienss Homo. Nuestros ordenadores actualizar continuamente estas clasificaciones provisionales.

En 1994, por ejemplo, se prevé que los genes que contiene cuatro contigs específico de cada producen proteínas similares a las conocidas para corregir las mutaciones en el ADN de las bacterias y levaduras. Dado que los investigadores habían aprendido que la falta de reparación de mutaciones pueden causar cáncer de colon, empezamos a trabajar las secuencias completo de los cuatro genes. Cuando un destacado investigador del cáncer de colon luego se acercó a nosotros para ayudar en la identificación de genes que podrían causar que illnesshe ya sabía cerca de un genewe como fueron capaces de decirle que ya estábamos trabajando con tres genes adicionales que podrían estar involucrados.

Las investigaciones posteriores han confirmado que las mutaciones en cualquiera de los cuatro genes pueden causar en peligro la vida de colon, ovario o cáncer de endometrio. Tantos como uno de cada 200 personas en Norteamérica y Europa tienen una mutación en uno de estos genes de reparación de falta de coincidencia, como se les llama. Sabiendo esto, los científicos pueden desarrollar pruebas para evaluar el desfase de los genes de reparación en las personas que tienen familiares con estos tipos de cáncer. Si las personas que se ponen a prueba muestran una predisposición genética a la enfermedad, que pueden ser estrechamente monitorizados. La detección precoz de los tumores puede conducir a la cirugía para salvar vidas, y estas pruebas ya han sido utilizados en la investigación clínica para identificar a las personas en situación de riesgo.

Nuestra base de datos contiene actualmente más de un millón de ADNc derivados de secuencias parciales de genes, ordenados en 170.000 contigs. En total, más de la mitad de los nuevos genes que identificamos tienen un parecido a los genes conocidos que se han asignado una función probable. Como pasa el tiempo, esta proporción es probable que aumente.

Si un tejido da lugar a un número inusualmente elevado de las secuencias de DNA que se derivan del mismo gen, que proporciona una indicación de que el gen en cuestión está produciendo grandes cantidades de ARNm. Que generalmente ocurre cuando las células están produciendo grandes cantidades de la proteína correspondiente, lo que sugiere que la proteína puede estar haciendo un trabajo particularmente vital. HGS también presta especial atención a los genes que se expresan sólo en una estrecha gama de tejidos, ya que estos genes son más susceptibles de ser utilizadas para la intervención en enfermedades que afectan a los tejidos. De los muchos genes que hemos descubierto, hemos identificado un porcentaje que parece muy probable que sea de importancia médica.

Nuevos genes, New Medicines

Usando la técnica de secuencia parcial de ADNc para el descubrimiento de genes, los investigadores tienen por primera vez podido evaluar cuántos genes están dedicados a cada una de las principales funciones celulares, como la defensa, el metabolismo y así sucesivamente. La gran cantidad de información único de secuencias parciales de DNA ofrece nuevas posibilidades para la ciencia médica. Estas oportunidades están siendo sistemáticamente exploradas.

Bases de datos como la nuestra, ya han demostrado su valor para encontrar las proteínas que son útiles como indicadores de la enfermedad. El cáncer de próstata es un ejemplo. Una prueba ampliamente utilizada para detectar el cáncer de próstata mide los niveles en la sangre de una proteína llamada antígeno prostático específico. Los pacientes que tienen cáncer de próstata a menudo presentan niveles inusualmente altos. Lamentablemente los tumores de crecimiento lento, relativamente benigna, así como los tumores malignos requieren un tratamiento agresivo pueden provocar niveles elevados de antígeno, por lo que la prueba es ambiguo.

HGS y sus socios han analizado los ARNm de múltiples muestras de tejido de la próstata saludable, así como de tumores benignos y malignos de próstata. Se han encontrado alrededor de 300 genes que se expresan en la próstata, pero en ningún otro tejido, de los cuales unos 100 están activos sólo en los tumores de próstata, y alrededor de 20 sólo se expresan en los tumores evaluados por los patólogos como malignos. Nosotros y nuestros socios comerciales están utilizando estos 20 genes y sus productos proteicos para elaborar pruebas para identificar la enfermedad maligna de la próstata. Tenemos un trabajo similar en forma de mama, pulmón, hígado y cáncer de cerebro.

Bases de datos de secuencias parciales de DNA también puede ayudar a encontrar los genes responsables de enfermedades raras. Los investigadores han sabido por mucho tiempo, por ejemplo, que una cierta forma de ceguera en los niños es el resultado de un defecto hereditario en la descomposición química de la galactosa. Una búsqueda en nuestra base de datos reveló dos genes de Homo sapiens previamente desconocido cuya proteínas correspondientes se prevé que sea estructuralmente similar a la galactosa conocido enzimas que metabolizan en levaduras y bacterias. Los investigadores confirmaron rápidamente que los defectos heredados en cualquiera de estos dos genes que causan este tipo de ceguera. En el futuro, las enzimas y los genes mismos pueden ser utilizados para prevenir el mal.

Secuencias parciales de DNA también están estableciendo un récord impresionante para ayudar a los investigadores para encontrar moléculas más pequeñas que son candidatos a ser los nuevos tratamientos. Métodos para crear y probar drugsthe molécula pequeña más común typehave mejorado dramáticamente en los últimos años. Los equipos automatizados pueden rápidamente la pantalla de compuestos naturales y sintéticos para su capacidad de afectar a un Homo sapiens proteína implicada en la enfermedad, pero el número limitado de objetivos proteína conocida ha retrasado el progreso. Como se investigan más proteínas de Homo sapiens, el progreso debe acelerar. Nuestro trabajo ahora está proporcionando más de la mitad de los cables de SmithKline Beecham para los productos potenciales.

Bases de datos como la nuestra no sólo facilitan a la pantalla de moléculas al azar para la actividad útil. Conocer la estructura de una proteína permite a los científicos a las drogas de diseño personalizado para interactuar de manera específica con la proteína. Esta técnica, conocida como el diseño racional de fármacos, fue utilizado para crear algunos de los nuevos inhibidores de proteasa que han demostrado ser eficaces contra el VIH (aunque nuestra base de datos no ha participado en este esfuerzo particular). Estamos seguros de que secuencias parciales de DNA permitirá a los farmacólogos a hacer más uso del diseño racional de fármacos.

Un ejemplo de cómo nuestra base de datos ha demostrado su utilidad se refiere a las células conocidas como osteoclastos, que normalmente están presentes en los huesos, estas células producen una enzima capaz de degradar el tejido óseo. La enzima parece ser producido en exceso en algunos estados de la enfermedad, como la artrosis y la osteoporosis. Encontramos en nuestros ordenadores de una secuencia de un gen se expresa en los osteoclastos que apareció en el código de la enzima destructora; su secuencia era similar a la de un gen conocido para dar lugar a una enzima que degrada el cartílago. Se confirmó que el gen de los osteoclastos, fue responsable de la enzima de degradación, y también mostró que no se expresa en otros tejidos. Los descubrimientos, significaba que podíamos inventar maneras de frustrar la proteína del gen, sin preocuparse de que los métodos perjudicaría a otros tejidos. Entonces hicimos la proteína, y SmithKline Beecham ha utilizado para identificar a posibles terapias por una combinación de selección de alto rendimiento y el diseño racional de medicamentos. La compañía también ha utilizado la base de datos para la detección de moléculas que podrían utilizarse para tratar la aterosclerosis.

Una veta muy rica de los genes y proteínas, desde un punto de vista médico, es una clase conocida como G-receptores acoplados a proteínas. Estas proteínas de membrana externa duración de la célula y transmitir señales biológicas de otras células en el interior de la célula. Es probable que los fármacos capaces de inhibir los receptores de tales vital podría utilizarse para tratar enfermedades como el asma diversos como la hipertensión, úlceras, migrañas, trastornos del resfriado común y psiquiátrica. HGS ha encontrado más de 70 G nuevos receptores acoplados a proteína. Ahora estamos probando sus efectos mediante la introducción de genes de los receptores que hemos descubierto en las células y la evaluación de cómo las células que producen las proteínas codificadas responder a varios estímulos. Dos genes que son de especial interés para producir proteínas que parecen estar implicado de forma crítica en la hipertensión y en la diabetes del adulto. Nuestros socios en la industria farmacéutica son la búsqueda de moléculas pequeñas que deben inhibir las señales biológicas transmitidas por estos receptores.

Por último pero no menos importante, nuestra investigación apoya nuestra creencia de que algunos de los genes de Homo sapiens y proteínas que están descubriendo ahora que, tal vez en forma modificada, constituyen en sí mismos las nuevas terapias. Muchas proteínas de Homo sapiens ya se emplean como drogas, insulina y factor de coagulación para los hemofílicos son ejemplos bien conocidos. Proteínas que estimulan la producción de células de la sangre también se utilizan para acelerar la recuperación de los pacientes de quimioterapia.

Las proteínas de alrededor de 200 de las secuencias completas de genes secuencias HGS ha descubierto que las posibles aplicaciones como los medicamentos. Hemos hecho la mayor parte de estas proteínas y han establecido pruebas de su actividad en las células. Algunas de ellas también están demostrando ser prometedores en ensayos con animales de experimentación. Las proteínas son varias las quimiocinas, moléculas que estimulan las células del sistema inmune.

Productos farmacéuticos en desarrollo nunca será un proceso rápido, porque los medicamentos, si las proteínas, genes, moléculas pequeñas, tienen que ser probado ampliamente. Sin embargo, secuencias parciales de ADNc puede acelerar el descubrimiento de terapias candidatos. HGS permite a los investigadores académicos el acceso a gran parte de su base de datos, aunque le pedimos un acuerdo para compartir las regalías de cualquiera de los productos resultantes.

La utilización sistemática de métodos automatizados y computarizados de descubrimiento de genes ha dado, por primera vez, un panorama completo de la anatomía en diferentes genes están expresaronel expresión de los genes del Homo sapiens. Además, estamos empezando a aprender acerca de los cambios en la expresión génica en la enfermedad. Es demasiado pronto para saber exactamente cuando los médicos en primer lugar con éxito utilizar este conocimiento para tratar la enfermedad. Nuestro análisis de predecir, sin embargo, que varios de los tratamientos resultantes forma pilares de la medicina del siglo 21o.

un artículo presentado por Donis F.

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