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Summary Genome Technology and Applications

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This is a summary of the teachings of Prof Guy Van Camp, Frank Kooy and Wim Van Hul, based on the slides and notes.

Aperçu du contenu

GENOME TECHNOLOGY AND APPLICATIONS
INHOUD

1.1 Principles of DNA cloning ........................................................................................................................... 5
1.1.1 In vitro construction of a recombinant DNA molecule .......................................................................... 5
1.1.2 Transformation ...................................................................................................................................... 5
1.1.3 Selective propagation of clones ............................................................................................................. 6
1.1.4 Isolation of recombinant DNA clones .................................................................................................... 6
1.2 Restriction endonucleases ......................................................................................................................... 6
1.2.1 Cleavage................................................................................................................................................. 7
1.3 DNA ligase .................................................................................................................................................. 8
1.4 characteristics of the vector ...................................................................................................................... 8
1.4.1 Origin of replication (ORI) ...................................................................................................................... 8
1.4.2 Most used vectors ................................................................................................................................. 9
1.4.2.1 Plasmids ........................................................................................................................................ 9
1.4.2.2 Bacteriophages ............................................................................................................................. 9
1.4.3 Avoiding recircularisation ...................................................................................................................... 9
1.4.3.1 Use two different restriction enzymes ......................................................................................... 9
1.4.3.2 Dephosphorylate vector ............................................................................................................. 10
1.4.4 Recombinant screening ....................................................................................................................... 10
1.4.4.1 -galactosidase gene complementation ..................................................................................... 10
1.4.4.2 Suppressor tRNA genes ............................................................................................................... 11
1.4.5 Transformation .................................................................................................................................... 11
1.4.5.1 Classical plasmid preparation in E. coli ....................................................................................... 12
1.4.5.2 In vitro packaging ........................................................................................................................ 13
1.4.6 Lambda cloning vectors ....................................................................................................................... 13
1.4.6.1 Cosmid vectors ............................................................................................................................ 14
1.4.6.2 Bacteriophage P1 vectors ........................................................................................................... 14
1.4.6.3 BAC and PAC vectors ................................................................................................................... 14
1.4.6.4 Cloning in YACs (yeast artificial chromosomes) .......................................................................... 15
1.4.6.5 Overview vectors ........................................................................................................................ 15
1.4.6.6 M13 phages ................................................................................................................................ 16
1.4.6.7 Phagemid (phage-plasmid) vectors ............................................................................................ 16
1.4.6.8 Classical site-directed mutagenesis ............................................................................................ 17
2.1 Expression cloning in bacteria.................................................................................................................. 18
2.1.1 Fusion proteins .................................................................................................................................... 19


1

,2.2 Cloning in eukaryotes............................................................................................................................... 19
2.2.1 Double cassette vector and bicistronic vectors ................................................................................... 19
2.2.2 Two types of expression in eukaryotic cells ........................................................................................ 20
2.2.2.1 Transient expression ................................................................................................................... 20
2.2.2.2 Stable expression ........................................................................................................................ 20
2.2.2.3 Semi stable expression cloning using SV40................................................................................. 20
2.3 Expression in insect cells .......................................................................................................................... 21
2.4 Expression cloning using viral vectors ...................................................................................................... 21
2.4.1 Example of a viral vector: γ-Retrovirus ................................................................................................ 21
2.5 Stable expression in mammalian cells ..................................................................................................... 21
2.5.1 Functional complementation .............................................................................................................. 22
2.5.2 Dominant selectable marker ............................................................................................................... 22
2.6 Example of a classical expression cloning vector ..................................................................................... 22
2.7 Self study: new cloning methods ............................................................................................................. 23
2.7.1 Gateway cloning .................................................................................................................................. 23
2.7.1.1 Restriction enzymes vs. gateway ................................................................................................ 23
2.7.1.2 Target sequences for site-specific recombination ...................................................................... 23
2.7.1.3 Site-specific recombinase mechanism ........................................................................................ 24
2.7.1.4 Advantages ................................................................................................................................. 24
2.7.2 Gibson assembly .................................................................................................................................. 25
3.1 Introduction ............................................................................................................................................. 26
3.2 Start material PCR .................................................................................................................................... 27
3.2.1 Genomic DNA ...................................................................................................................................... 27
3.2.2 cDNA: RT PCR ....................................................................................................................................... 27
3.2.3 Primer design ....................................................................................................................................... 27
3.2.4 Temperature cycles ............................................................................................................................. 28
3.2.5 PCR mistakes........................................................................................................................................ 28
3.3 Types of PCR............................................................................................................................................. 28
3.3.1 Nested Primers .................................................................................................................................... 28
3.3.2 Hot start PCR ....................................................................................................................................... 29
3.3.3 Touch down PCR .................................................................................................................................. 29
3.3.4 Inverse PCR .......................................................................................................................................... 29
3.4 (Dis)advantages of PCR ............................................................................................................................ 30
3.4.1 Most important disadvantages of PCR ................................................................................................ 30
3.4.2 Most important advantages of PCR ..................................................................................................... 30
3.5 Cloning of PCR products ........................................................................................................................... 31
3.6 Allele specific PCR .................................................................................................................................... 31

2

, 3.6.1 ARMS assay .......................................................................................................................................... 31
3.6.2 DOP-PCR .............................................................................................................................................. 32
3.6.3 Alu PCR ................................................................................................................................................ 32
3.6.4 Linker primed PCR amplification ......................................................................................................... 32
3.6.5 Site-directed mutagenesis by PCR ....................................................................................................... 33
3.6.5.1 Add-on mutagenesis ................................................................................................................... 33
3.6.5.2 Mismatch primer mutagenesis ................................................................................................... 33
4.1 Model organisms ..................................................................................................................................... 34
4.1.1 Unicellular organisms .......................................................................................................................... 34
4.1.1.1 Bacteria ....................................................................................................................................... 34
4.1.1.2 Saccharomyces cerevisiae ........................................................................................................... 35
4.1.1.3 Mycoplasma genitalium .............................................................................................................. 35
4.1.2 Invertebrates ....................................................................................................................................... 35
4.1.2.1 Caenorhabditis elegans ............................................................................................................... 35
4.1.2.2 Drosophila Melanogaster............................................................................................................ 36
4.1.3 Vertebrates .......................................................................................................................................... 36
4.1.3.1 Zebrafish (Danio rerio) ................................................................................................................ 36
4.1.3.2 Xenopus ...................................................................................................................................... 37
4.1.3.3 Mammalian models .................................................................................................................... 37
4.2 comparative genomics ............................................................................................................................. 37
4.2.1 Explantations for conserved sequences .............................................................................................. 37
4.2.2 conserved sequences .......................................................................................................................... 38
4.3 Evolution .................................................................................................................................................. 39
4.3.1 Evolution of genomes .......................................................................................................................... 39
4.3.1.1 Duplications ................................................................................................................................ 39
4.3.1.2 Chromosomal rearrangements ................................................................................................... 42
4.3.2 Evolution trees..................................................................................................................................... 42
4.3.2.1 Comparison human-chimpansea genome .................................................................................. 42
4.4 Conclusions .............................................................................................................................................. 43
5.1 Introduction ............................................................................................................................................. 44
5.1.1 Personalized medicine ......................................................................................................................... 44
5.1.2 Pharmacogenetics ............................................................................................................................... 44
5.1.3 Aims of pharmacogenetics .................................................................................................................. 45
5.2 Possible explanations for differences in drug response .......................................................................... 45
5.3 Pharmacogenetic variation in drug metabolism ...................................................................................... 45
5.3.1 Oxidation: Cytochrome P-450 ............................................................................................................. 46
5.3.1.1 Genotype-phenotype relationship of the CYP2D6-polymorphism ............................................. 46

3

, 5.3.1.2 Amplichip CYP450 test ................................................................................................................ 46
5.3.1.3 CYP3A4 polymorphism ................................................................................................................ 46
5.3.1.4 Aldehyde dehydrogenase ........................................................................................................... 47
5.3.2 Acetylation: N-acetylation polymorphism NAT-2 ................................................................................ 47
5.3.3 Methylation: Thiopurine S-Methyltransferase .................................................................................... 47
5.4 Genetic differences in drug target ........................................................................................................... 48
5.4.1 Human growth hormone ..................................................................................................................... 48
5.4.2 β1-adrenerg receptor: sensitivity for β-blocking agents ..................................................................... 48
5.4.3 Warfarin ............................................................................................................................................... 48
5.5 Differentiation between subtypes of a disease ....................................................................................... 49
5.5.1 ERBB2 and herceptin ........................................................................................................................... 49
5.6 Preclinical drug development .................................................................................................................. 49
5.7 Expectations from pharmacogenetics ..................................................................................................... 51
5.7.1 Implementation in clinical practice ..................................................................................................... 51
5.7.1.1 Pilot projects for implementation ............................................................................................... 51
5.7.1.2 Interaction genome-diet ............................................................................................................. 51
6.1 Variation in the human genome .............................................................................................................. 52
6.2 Do we know other types of genomic variation? ...................................................................................... 52
6.2.1 Syndromes ........................................................................................................................................... 52
6.2.2 Fluorescent in situ hybridisation (FISH) ............................................................................................... 52
6.2.3 Principle of Array-CGH ......................................................................................................................... 52
6.3 Copy number variation ............................................................................................................................ 53
6.3.1 CNV is a subtype of Structural Variation ............................................................................................. 53
6.3.2 Mechanisms of rearrangements .......................................................................................................... 54
6.3.3 SNP array ............................................................................................................................................. 54
6.3.4 Examples .............................................................................................................................................. 55
6.3.4.1 The Williams-Beuren syndrome .................................................................................................. 55
6.3.4.2 17q21.31 microdeletion syndrome ............................................................................................. 55
7.1 Introduction ............................................................................................................................................. 56
7.2 Identifying novel, as yet unknown genetic disorders .............................................................................. 56
7.2.1 Trio approach....................................................................................................................................... 56
7.3 Would you not like to screen a large set of patients? ............................................................................. 57




4

Infos sur le Document

Publié le
26 décembre 2022
Nombre de pages
57
Écrit en
2022/2023
Type
Resume
€9,49

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