出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』「2019/04/01 07:36:43」(JST)
相補的DNA(そうほてきDNA、complementary DNA)は、mRNA から逆転写酵素を用いた逆転写反応によって合成された二本鎖 DNA。一般には「相補的」を意味する英語、complementary の頭文字をとって、cDNA と省略される。遺伝子の上でタンパク質に翻訳される領域の配列が開始コドンから終止コドンまで一続きに含まれているため、タンパク質の一次構造(アミノ酸配列)を解明する出発点として、また人工的にタンパク質を発現させる目的でも単離される。
ヒトを始めとする真核生物では、遺伝子はゲノム上にコードされているものの、多くはそこから転写された mRNA前駆体がスプライシングを受けてイントロンが除去されるまでは蛋白質に翻訳されない情報も含んでいる。
そこで、スプライシング済みの成熟mRNA から cDNA を合成すればイントロンを含まない状態の遺伝子(塩基配列)を知ることができることから、遺伝子のクローニングに広く利用されている。
また、mRNA はスプライシング以外にも RNAエディティングという加工が起こるため、対応するゲノムDNA と cDNA の比較を行うことによって、エディティングサイトの特定が可能となる。
cDNA合成を逆転写酵素によって行ったのち、
といった解析が行われる。
cDNA の合成には、(1) 全RNA(リボソームRNA、mRNAを含む)、または (2) polyA-RNA(mRNA)を鋳型とする方法がある。
また、逆転写酵素の反応開始には、RNA上に反応の開始となるプライマーをアニールさせ、3'から5’方向にcDNAを合成する必要がある。プライマーには、
といった方法がある。
cDNAの合成に用いられる逆転写酵素の種類としては、AMV(トリmyeloblastosisウイルス)、あるいは MoMuLV(モロニーマウス白血病ウイルス)由来の酵素が用いられることが多い。従来は、AMV由来の酵素が熱安定性が高かったため、mRNA の高次構造の存在を回避する手段として用いられていたが、近年、MoMuLV由来酵素の改良が進み、熱安定性の高い変異型酵素が市販されるようになったので、多くの研究者によって利用されている。なお、ある種の熱耐性型 DNAポリメラーゼ(PCR に用いられる)には、RNA を鋳型としてDNAを合成する逆転写酵素活性を有するものがあり、それを利用する方法もある。
逆転写酵素反応は、mRNA が高次構造を取った場合に伸長しない。また、5'側から cDNA の相補鎖(mRNA と同じ方向をした DNA鎖)を作る際に、5'側にできるヘアピン構造を利用するため、本当の 5'末端が失われる。前者の解決法には、mRNA の熱変性や、上記に記載した高温度での逆転写反応が利用される。後者の解決法には、ピロリン酸ホスファターゼを利用した方法などがあり、理化学研究所の完全長cDNA塩基配列決定プロジェクトで利用されている cDNAライブラリーは、このような方法で作製されたものである。
EST とは expressed sequence tag の略であり、遺伝子転写産物 (RNA) の一部(普通5'末端か3'末端)に当たる短い配列で、転写産物の“目印”として使われる。cDNAライブラリーからランダムに多数のクローンを選び、それから簡単なシークエンシングによって長さ 500 - 800ヌクレオチド程度の配列を決定したものが EST であり、それらをまとめてデータベースを作製し利用する。まとめる方法としては ESTクラスタリングという手法が用いられる。特定の遺伝子の解析から断片的な配列が判明した場合、ESTデータベースからそれに対応する EST を探索し、これを手がかりにして段階的に RNA 全体の配列を得ることができる。現在はゲノムプロジェクトの補助的技術(あるいは ESTプロジェクト)として盛んに用いられている。また EST は DNAマイクロアレイ用のプローブとして用いることもできる。最近では初めから完全長cDNA(RNA全長に相当する cDNA)を得て解析する技術も進歩しつつあるが、EST は依然として遺伝子解析における有用な技術である。
Functional Annotation of Mouse for the RIKEN full-length cDNA clones
http://fantom.gsc.riken.jp/jp/
FANTOMは、理化学研究所のマウスゲノム百科事典プロジェクトで収集された完全長cDNAのアノテーション(機能注釈)を行うことを目的に、林崎良英博士が中心となり2000年に結成された国際研究コンソーシアムです。その役割はトランスクリプトーム解析の分野を軸に発展・拡大してきました。また、プロジェクトの研究対象は、ゲノムの転写産物という「要素」の理解から、転写制御ネットワークという「システム」つまり「生命体のシステム」の理解へ、より高次の階層に向けて着実に進められています。
GeneChips
遺伝子解析法 SAGE は(Serial Analysis of Gene Expression)から英語の頭字語をとった略称。遺伝子転写産物 (RNA) を逆転写した相補的DNA(cDNA)の一部(10-20bp)を識別用配列(5-10bp?)をはさんで直列に連結したものをDNAシーケンサーで読み取ることにより、多くの転写産物の発現量を調べることができる。相補的DNAの一部を網羅的にシーケンシングする手法としては、SAGE法を改良したSuperSAGE, オリゴキャップ法と併用したCAGE、MPSS, HiCEP等がある。
The NCBI Handbook, Part 3, Chapter 21
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In genetics, complementary DNA (cDNA) is DNA synthesized from a single-stranded RNA (e.g., messenger RNA (mRNA) or microRNA) template in a reaction catalyzed by the enzyme reverse transcriptase. cDNA is often used to clone eukaryotic genes in prokaryotes. When scientists want to express a specific protein in a cell that does not normally express that protein (i.e., heterologous expression), they will transfer the cDNA that codes for the protein to the recipient cell. cDNA is also produced naturally by retroviruses (such as HIV-1, HIV-2, simian immunodeficiency virus, etc.) and then integrated into the host's genome, where it creates a provirus.[1]
The term cDNA is also used, typically in a bioinformatics context, to refer to an mRNA transcript's sequence, expressed as DNA bases (GCAT) rather than RNA bases (GCAU).
cDNA is derived from mRNA, so it contains only exons but no introns.
Although there are several methods for doing so, cDNA is most often synthesized from mature (fully spliced) mRNA using the enzyme reverse transcriptase. This enzyme, which naturally occurs in retroviruses, operates on a single strand of mRNA, generating its complementary DNA based on the pairing of RNA base pairs (A, U, G and C) to their DNA complements (T, A, C and G, respectively).
To obtain eukaryotic cDNA whose introns have been removed:
Complementary DNA is often used in gene cloning or as gene probes or in the creation of a cDNA library. When scientists transfer a gene from one cell into another cell in order to express the new genetic material as a protein in the recipient cell, the cDNA will be added to the recipient (rather than the entire gene), because the DNA for an entire gene may include DNA that does not code for the protein or that interrupts the coding sequence of the protein (e.g., introns). Partial sequences of cDNAs are often obtained as expressed sequence tags (EST).
With amplification of DNA sequences via polymerase chain reaction (PCR) now commonplace, one will typically conduct reverse transcription as an initial step, followed by PCR to obtain an exact sequence of cDNA for intra-cellular expression. This is achieved by designing sequence-specific DNA primers that hybridize to the 5' and 3' ends of a cDNA region coding for a protein. Once amplified, the sequence can be cut at each end with nucleases and inserted into one of many small circular DNA sequences known as expression vectors. Such vectors allow for self-replication, inside the cells, and potentially integration in the host DNA. They typically also contain a strong promoter to drive transcription of the target cDNA into mRNA, which is then translated into protein.
On June 13, 2013, the United States Supreme Court ruled in the case of Association for Molecular Pathology v. Myriad Genetics that while naturally occurring human genes cannot be patented, cDNA is patent eligible because it does not occur naturally.[2]
Some viruses also use cDNA to turn their viral RNA into mRNA (viral RNA → cDNA → mRNA). The mRNA is used to make viral proteins to take over the host cell.
An example of this first step from viral DNA to cDNA can be seen in the HIV cycle of infection. Here, the host cell membrane becomes attached to the virus’ lipid envelope which allows the viral capsid with two copies of viral genome RNA to enter the host. The cDNA copy is then made though reverse transcription of the viral RNA, a process facilitated by the chaperone CypA and a viral capsid associated reverse transcriptase.[3]
Types of nucleic acids | |||||||
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Constituents |
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Ribonucleic acids (coding, non-coding) |
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Deoxyribonucleic acids |
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Analogues |
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Cloning vectors |
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