History, significance and use of temperature-sensitive mutations in molecular biology and genetics
Kulmala, Lotta (2022)
Kulmala, Lotta
2022
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204263742
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204263742
Tiivistelmä
This literature review is about temperature-sensitive (ts) mutations, their significance in modern research and their use in recent studies. Such mutation is typically a minor point mutation. Ts mutated genes behave like a wild type allele in lower (permissive) temperatures but become impaired upon temperature upshift.
These mutations have been a tool of classical genetics for decades. The significance of the method lies in fundamental research of essential genes. The essential genes are in control of the most basic cell processes. When mutated, these genes tend to turn lethal, thus making the research on the variants extremely challenging. However, ts mutations in essential genes produce vital wild type phenotypes at lower temperatures. Only upon temperature upshift the lethality or defected phenotypes are observed. Thereby, ts mutated genes are also known as conditionally lethal alleles, meaning that they can be conditionally controlled to either display the lethal phenotype or the wild type phenotype.
Much modern-day research focuses more on mapping cellular processes behind diseases or finding a cure to a particular disease, as many regard basic cell processes as well known. Thus, the methods of classical genetics have somewhat been replaced with the techniques of reverse genetics, such as CRISPR-Cas-9 and RNA interference. Still, these methods cannot solve the lethality of modified essential genes.
Recent studies have utilised ts mutations in assays of proteins structures, transcription regulation, cancer mechanisms and vaccine development. Together with these studies, essential features of ts mutations are determined, and methods for creating new ts mutations are presented. The diversity and the significance of ts mutations are analysed and proved with modern-day studies. It can be deducted that this class of mutations remains significant in an evolving scientific world.
Tämä kirjallisuuskatsaus käsittelee lämpöherkkiä mutaatioita sekä niiden merkitystä ja käyttöä nykypäivän tutkimuksissa. Lämpöherkkä mutaatio on usein tyypiltään pistemutaatio. Näille mutanteille ominaista on villityypin fenotyypin ilmentäminen alhaisissa lämpötiloissa. Lämpötilan kohotessa fenotyyppi, eli yksilön ilmiasu, muuttuu vialliseksi. Mutatoituneen geenin toiminta on siis riippuvainen ympäristön lämpötilasta.
Nämä mutaatiot ovat olleet jo vuosikymmeniä klassisen genetiikan työväline. Lämpöherkät mutaatiot ovat osoittautuneet merkityksellisiksi erityisesti perustavanlaatuisissa tutkimuksissa, joissa keskitytään elintärkeiden geenien kartoittamiseen. Muutokset elintärkeissä geeneissä johtavat tyypillisesti kuolemaan, eli ne ovat letaaleja. Lämpöherkät mutaatiot mahdollistavat elintärkeiden solutapahtumien tutkimisen, koska alhaisissa lämpötiloissa solu pystyy kehittymään normaalisti. Vasta lämpötilan nostaminen johtaa viallisen fenotyypin ilmentämiseen. Geenejä, jotka sisältävät lämpöherkkiä mutaatioita, voidaan myös nimittää ehdollisesti letaaleiksi alleeleiksi.
Nykyään tutkimuskohteena on yhä yleisemmin solun peruselementtien sijaan tautimekanismit. Kehittyvä tiedemaailma on tästä johtuen vähentänyt klassisen genetiikan menetelmien käyttöä. Nykyään tutkijoiden suosiossa ovat käänteisen genetiikan metodit, kuten CRISPR-Cas-9 menetelmä ja RNA interferenssi, eli RNA häirintä. Vaikka uudet menetelmät ovatkin tehokkaita, niillä ei voida tutkia elintärkeiden geenien eri alleeleja. Käänteisen genetiikan metodeilla tehdyt muokkaukset elintärkeään geeniin johtavat perinteisten mutaatioiden tapaan letaaliin fenotyyppiin. Tämän vuoksi myös nykytutkimuksessa lämpöherkkien mutaatioiden merkitys on suuri.
Viime vuosina lämpöherkkien mutaatioiden avulla on muun muassa tutkittu proteiinien toimintaa ja rakennetta, etsitty transkription säätelytekijöitä, analysoitu syövän syntyyn johtavia mekanismeja sekä kehitetty rokotteita. Näiden tutkimusten lisäksi tässä katsauksessa määritellään lämpöherkkien mutaatioiden tärkeimmät ominaisuudet. Katsauksessa tarkastellaan myös menetelmiä, joiden avulla uusia ehdollisia mutaatioita voidaan luoda laboratorio-olosuhteissa. Viimeaikaisiin tutkimuksiin pohjaten voidaan todistaa lämpöherkkien mutaatioiden monipuolisuus. Voidaan myös todeta, että näiden ehdollisten mutaatioiden merkitys perustavanlaatuisessa tutkimustyössä säilyy edelleen merkittävänä huimaa vauhtia kehittyvässä tiedemaailmassa.
These mutations have been a tool of classical genetics for decades. The significance of the method lies in fundamental research of essential genes. The essential genes are in control of the most basic cell processes. When mutated, these genes tend to turn lethal, thus making the research on the variants extremely challenging. However, ts mutations in essential genes produce vital wild type phenotypes at lower temperatures. Only upon temperature upshift the lethality or defected phenotypes are observed. Thereby, ts mutated genes are also known as conditionally lethal alleles, meaning that they can be conditionally controlled to either display the lethal phenotype or the wild type phenotype.
Much modern-day research focuses more on mapping cellular processes behind diseases or finding a cure to a particular disease, as many regard basic cell processes as well known. Thus, the methods of classical genetics have somewhat been replaced with the techniques of reverse genetics, such as CRISPR-Cas-9 and RNA interference. Still, these methods cannot solve the lethality of modified essential genes.
Recent studies have utilised ts mutations in assays of proteins structures, transcription regulation, cancer mechanisms and vaccine development. Together with these studies, essential features of ts mutations are determined, and methods for creating new ts mutations are presented. The diversity and the significance of ts mutations are analysed and proved with modern-day studies. It can be deducted that this class of mutations remains significant in an evolving scientific world.
Tämä kirjallisuuskatsaus käsittelee lämpöherkkiä mutaatioita sekä niiden merkitystä ja käyttöä nykypäivän tutkimuksissa. Lämpöherkkä mutaatio on usein tyypiltään pistemutaatio. Näille mutanteille ominaista on villityypin fenotyypin ilmentäminen alhaisissa lämpötiloissa. Lämpötilan kohotessa fenotyyppi, eli yksilön ilmiasu, muuttuu vialliseksi. Mutatoituneen geenin toiminta on siis riippuvainen ympäristön lämpötilasta.
Nämä mutaatiot ovat olleet jo vuosikymmeniä klassisen genetiikan työväline. Lämpöherkät mutaatiot ovat osoittautuneet merkityksellisiksi erityisesti perustavanlaatuisissa tutkimuksissa, joissa keskitytään elintärkeiden geenien kartoittamiseen. Muutokset elintärkeissä geeneissä johtavat tyypillisesti kuolemaan, eli ne ovat letaaleja. Lämpöherkät mutaatiot mahdollistavat elintärkeiden solutapahtumien tutkimisen, koska alhaisissa lämpötiloissa solu pystyy kehittymään normaalisti. Vasta lämpötilan nostaminen johtaa viallisen fenotyypin ilmentämiseen. Geenejä, jotka sisältävät lämpöherkkiä mutaatioita, voidaan myös nimittää ehdollisesti letaaleiksi alleeleiksi.
Nykyään tutkimuskohteena on yhä yleisemmin solun peruselementtien sijaan tautimekanismit. Kehittyvä tiedemaailma on tästä johtuen vähentänyt klassisen genetiikan menetelmien käyttöä. Nykyään tutkijoiden suosiossa ovat käänteisen genetiikan metodit, kuten CRISPR-Cas-9 menetelmä ja RNA interferenssi, eli RNA häirintä. Vaikka uudet menetelmät ovatkin tehokkaita, niillä ei voida tutkia elintärkeiden geenien eri alleeleja. Käänteisen genetiikan metodeilla tehdyt muokkaukset elintärkeään geeniin johtavat perinteisten mutaatioiden tapaan letaaliin fenotyyppiin. Tämän vuoksi myös nykytutkimuksessa lämpöherkkien mutaatioiden merkitys on suuri.
Viime vuosina lämpöherkkien mutaatioiden avulla on muun muassa tutkittu proteiinien toimintaa ja rakennetta, etsitty transkription säätelytekijöitä, analysoitu syövän syntyyn johtavia mekanismeja sekä kehitetty rokotteita. Näiden tutkimusten lisäksi tässä katsauksessa määritellään lämpöherkkien mutaatioiden tärkeimmät ominaisuudet. Katsauksessa tarkastellaan myös menetelmiä, joiden avulla uusia ehdollisia mutaatioita voidaan luoda laboratorio-olosuhteissa. Viimeaikaisiin tutkimuksiin pohjaten voidaan todistaa lämpöherkkien mutaatioiden monipuolisuus. Voidaan myös todeta, että näiden ehdollisten mutaatioiden merkitys perustavanlaatuisessa tutkimustyössä säilyy edelleen merkittävänä huimaa vauhtia kehittyvässä tiedemaailmassa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]