Метод Golden Gate в биологии и медицине
https://doi.org/10.60043/2949-5938-2024-1-16-28
Аннотация
Целью данного обзора было описать и сравнить методы молекулярного клонирования для сборки генетических конструкций. Генетическая терапия — одна из активно развивающихся отраслей современной медицины, поэтому особое внимание в данном обзоре уделено таким параметрам, как быстрота, точность и эффективность клонирования, так как они являются критическими факторами при создании генно-терапевтических средств. Особое внимание уделено методике Golden Gate, которая основана на использовании эндонуклеаз рестрикции типа IIS, поскольку такой подход упрощает процесс клонирования и повышает его эффективность за счет стандартизированного дизайна и минимального набора ферментов. Наряду с Golden Gate в обзоре также обсуждаются такие методы молекулярного клонирования, как Gateway и Gibson, с точки зрения перспектив их использования для решения фундаментальных и прикладных задач регенеративной медицины.
При поддержке: Исследование поддержано из средств программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» БФУ им. Канта
Об авторах
М. И. Антипина
ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет им. И. Канта»
Россия
Россия
Антипина Мария Игоревна — инженер-исследователь НИЛ трансляционных исследований ОНК «Институт медицины и наук о жизни (МЕДБИО)»
ул. Александра Невского, д. 14, 236041, Калининград
В. А. Ли
ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет им. И. Канта»
Россия
Россия
Ли Владислав Артурович — студент 4-го курса специалитета по направлению «Биоинженерия и биоинформатика» ОНК «Институт медицины и наук о жизни (МЕДБИО)»
ул. Александра Невского, д. 14, 236041, Калининград
Е. Е. Попова
ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет им. И. Канта»
Россия
Россия
Попова Елизавета Евгеньевна — студентка 4-го курса специалитета по направлению «Биоинженерия и биоинформатика» ОНК «Институт медицины и наук о жизни (МЕДБИО)»
ул. Александра Невского, д. 14, 236041, Калининград
Е. В. Семина
ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет им. И. Канта»
Россия
Россия
Семина Екатерина Владимировна — д.б.н., зав. лаб. НИЛ трансляционных исследований ОНК «Институт медицины и наук о жизни (МЕДБИО)»
ул. Александра Невского, д. 14, 236041, Калининград
Список литературы
1. Weber E, Engler C, Gruetzner R, Werner S, Marillonnet S. A Modular Cloning System for Standardized Assembly of Multigene Constructs. PLOS One. 2011;6(2):e16765. DOI: 10.1371/journal.pone.0016765
2. A Quick Overview Of Molecular Cloning. https://www.goldbio.com/articles/article/cloning-overview [Accessed March 31, 2024].
3. Williams SA, Slatko BE, McCarrey JR. Laboratory investigations in molecular biology. Jones and Bartlett Publishers, 2007.
4. Struhl K. Subcloning of DNA fragments. Current Protocols in Molecular Biology. 1991; 13(1):3.16. DOI: 10.1002/0471142727.mb0316s13
5. Shetty RP, Endy D, Knight TFJr. Engineering BioBrick vectors from BioBrick parts. Journal of Biological Engineering. 2008;2(1):5. DOI: 10.1186/1754-1611-2-5
6. Sleight SC, Bartley BA, Lieviant, JA, and Sauro HM. In-Fusion BioBrick assembly and reengineering. Nucleic Acids Research. 2010;38(8):2624–2636. DOI: 10.1093/nar/gkq179
7. Hoseini S, Sauer MG. Molecular cloning using polymerase chain reaction, an educational guide for cellular engineering. Journal of Biological Engineering. 2015;9(1):2. DOI: 10.1186/1754-1611-9-2
8. Motohashi K. A novel series of high-efficiency vectors for TA cloning and blunt-end cloning of PCR products. Scientific Reports. 2019;9(1):6417. DOI: 10.1038/s41598-019-42868-6
9. Zhou MY, Gomez-Sanchez CE. Universal TA Cloning. Current Issues in Molecular Biology. 2000;2:1–7. DOI: 10.21775/cimb.002.001
10. Plasmid 101: TOPO Cloning https://blog.addgene.org/plasmids-101-topo-cloning [Accessed April 10, 2024].
11. Shuman S. Recombination mediated by vaccinia virus DNA topoisomerase I in Escherichia coli is sequence specific. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1991;88(22):10104–10108. DOI: 10.1073/pnas.88.22.10104
12. Shuman S. Novel approach to molecular cloning and polynucleotide synthesis using vaccinia DNA topoisomerase. Journal of Biological Chemistry. 1994;269(51):32678–32684. DOI: 10.1016/s0021-9258(18)31688-0
13. Reece-Hoyes JS, Walhout AJM. Gateway recombinational cloning. Cold Spring Harbor Protocols. 2018;2018(1):pdb.top094912. DOI: 10.1101/pdb.top094912
14. Chin CF, Chee JY. Gateway cloning technology: Advantages and drawbacks. Cloning & Transgenesis. 2015;04(01):1-3. DOI: 10.4172/2168-9849.1000138
15. Gibson DG, Young L, Chuang RY, Venter JC, Hutchison CAIII, Smith HO. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nature Methods. 2009;6(5):343– 345. DOI: 10.1038/nmeth.1318
16. Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 2010;329(5987):52–56. DOI: 10.1126/science.1190719
17. Engler C, Kandzia R, Marillonnet S. A one pot, one step, precision cloning method with high throughput capability. PLOS One. 2008;3(11):e3647. DOI: 10.1371/journal.pone.0003647
18. Engler C, Marillonnet S. Combinatorial DNA assembly using Golden Gate cloning. In Synthetic Biology. Humana Press. 2013;1073:141-156. DOI: 10.1007/978-1-62703-625-2_12
19. Chiasson D, Giménez-Oya V, Bircheneder M, Bachmaier S, Studtrucker T, Ryan J, et al. A unified multi-kingdom Golden Gate cloning platform. Scientific Reports. 2019;9(1):10131. DOI: 10.1038/s41598-019-46171-2
20. Potapov V, Ong JL, Kucera RB, Langhors BW, Bilotti K, Pryor JM, et al. Comprehensive profiling of four base overhang ligation fidelity by T4 DNA ligase and application to DNA assembly. ACS Synthetic Biology. 2018;7(11):2665–2674. DOI: 10.1021/acssynbio.8b00333
21. Plasmid 101: Golden Gate Cloning https://blog.addgene.org/plasmids-101-golden-gate-cloning [Accessed April 17, 2024].
22. New England BioLabs: Golden Gate Assembly https://international.neb.com/applications/cloning-and-synthetic-biology/dna-assembly-and-cloning/golden-gate-assembly [Accessed April 17, 2024].
23. Kues WA, Kumar D, Selokar NL, Talluri TR. Applications of genome editing tools in stem cells towards regenerative medicine: An update. Current Stem Cell Research & Therapy 2022;17(3):267–279. DOI: 10.2174/1574888X16666211124095527
24. Barker JC, Barker AD, Bills J, Huang J, Wight-Carter M, Delgado I, et al. Genome Editing of Mouse Fibroblasts by Homologous Recombination for Sustained Secretion of PDGF-B and Augmentation of Wound Healing. Plastic and Reconstructive Surgery. 2014;134(3):389e–401e. doi: 10.1097/PRS.0000000000000427
25. Niu W, Zang T, Zou Y, Fang S, Smith DK, Bachoo R, et al. In vivo reprogramming of astrocytes to neuroblasts in the adult brain. Nature Cell Biology. 2013;15(10):1164–1175. doi: 10.1038/ncb2843
26. György B, Lööv C, Zaborowski MP, Takeda S, Kleinstiver BP, Commins C, et al. CRISPR/Cas9 Mediated Disruption of the Swedish APP Allele as a Therapeutic Approach for Early-Onset Alzheimer’s Disease. Molecular Therapy — Nucleic Acids. 2018;11:429–440. doi: 10.1016/j.omtn.2018.03.007
27. Guo Z, Zhang L, Wu Z, Chen Y, Wang F, Chen G. In Vivo Direct Reprogramming of Reactive Glial Cells into Functional Neurons after Brain Injury and in an Alzheimer’s Disease Model. Cell Stem Cell. 2014;14(2):188–202. doi: 10.1016/j.stem.2013.12.001
28. Schwank G, Koo BK, Sasselli V, Dekkers JF, Heo I, Demircan T, et al. Functional Repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in Intestinal Stem Cell Organoids of Cystic Fibrosis Patients. Cell Stem Cell. 2013;13(6):653–658. doi: 10.1016/j.stem.2013.11.002
29. Firth AL, Menon T, Parker GS, Qualls SJ, Lewis BM, Ke E, et al. Functional Gene Correction for Cystic Fibrosis in Lung Epithelial Cells Generated from Patient iPSCs. Cell Reports. 2015;12(9):1385–1390. doi: 10.1016/j.celrep.2015.07.062
30. Cho HM, Lee KH, Shen Y ming, Shin TJ, Ryu PD, Choi MC, et al. Transplantation of hMSCs Genome Edited with LEF1 Improves Cardio-Protective Effects in Myocardial Infarction. Molecular Therapy — Nucleic Acids. 2020;19:1186–1197. doi: 10.1016/j.omtn.2020.01.007
31. О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности: федеральный закон от 12.07.1996 № 86-ФЗ; в ред. от 29.12.2022. Собрание законодательства РФ. 1996. № 28. Cт. 3348
32. Park S, Gwon Y, Khan SA, Jang KJ, Kim J. Engineering considerations of iPSC-based personalized medicine. Biomaterials Research. 2023;27(1):67. doi: 10.1186/s40824-023-00382-x
33. Kim C. Disease modeling and cell based therapy with iPSC: future therapeutic option with fast and safe application. Blood Research. 2014;49(1):7–14. doi: 10.5045/br.2014.49.1.7
34. Gao X, Yang J, Tsang JCH, Ooi J, Wu D, Liu P. Reprogramming to Pluripotency Using Designer TALE Transcription Factors Targeting Enhancers. Stem Cell Reports. 2013;1(2):183– 197. doi: 10.1016/j.stemcr.2013.06.002
35. Weltner J, Balboa D, Katayama S, Bespalov M, Krjutškov K, Jouhilahti EM, et al. Human pluripotent reprogramming with CRISPR activators. Nature Communications. 2018;9(1):2643. doi: 10.1038/s41467-018-05067-x
36. Weltner J, Trokovic R. Reprogramming of Fibroblasts to Human iPSCs by CRISPR Activators. Methods Mol Biol. 2021;2239:175–198. doi: 10.1007/978-1-0716-1084-8_12.
Рецензия
Для цитирования:
Антипина М.И., Ли В.А., Попова Е.Е., Семина Е.В. Метод Golden Gate в биологии и медицине. Регенерация органов и тканей. 2024;2(1):16-28. https://doi.org/10.60043/2949-5938-2024-1-16-28
For citation:
Antipina M.I., Li V.A., Popova E.E., Semina E.V. Golden gate method in biology and medicine. Регенерация органов и тканей. 2024;2(1):16-28. (In Russ.) https://doi.org/10.60043/2949-5938-2024-1-16-28
Просмотров:
725
Послать статью по эл. почте 