De grootste verschil tussen gen-knock-out en knock-down is dat gen-knock-out omvat het volledig wissen van doelgenen, of inactiveren door nonsense-mutaties, terwijl gen-knockdown leidt tot mislukte eiwittranslatie en afbraak van dat mRNA. Bovendien is gen-knock-out van toepassing op DNA-niveau, terwijl gen-knockdown van toepassing is op RNA-niveau.

Gen-knock-out en gen-knockdown zijn twee mechanismen om de expressie van genen in organismen tot zwijgen te brengen.

CRISPR/Cas9, Endonucleasen, Gene Knockdown, Gene Knockout, Gen Silencing, Onzin Mutatie, RNAi

Wat is Gene Knockout?

Gen-knock-out is een laboratoriumtechniek voor het uitschakelen van genen die verantwoordelijk is voor het volledig wissen van het gen uit het genoom of de inactivering van het gen door nonsense-mutaties door de introductie van frameshift-mutaties of stopcodons in de gensequentie. Omdat de blauwdruk van het gen wordt vernietigd, wordt ook het doelgenproduct geablateerd. De methode is oorspronkelijk ontwikkeld met homologe recombinatie. Het gaat om de levering van een DNA-construct, dat de gewenste mutatie bevat. Vervolgens wordt dit construct opnieuw gecombineerd met het doelgen, waardoor de gensequentie volledig uit het genoom wordt verwijderd.

Figuur 1: Gene knock-out

In aanvulling, plaatsspecifieke nucleasen zoals ZFN en TALEN kunnen worden gebruikt om genen uit te schakelen. Ze binden op een zeer specifieke manier aan de doel-DNA-sequentie, waardoor de efficiëntie van genbewerking wordt verbeterd. Aan de andere kant, de CRISPR/Cas9 systeem is een methode van genoombewerking die kan worden gebruikt voor het uitschakelen van genen.

Wat is Gene Knockdown?

Gene knockdown is een andere methode voor het uitschakelen van genen die verantwoordelijk is voor de tijdelijke inactivering van een bepaald genproduct. Het is toepasbaar op het RNA-niveau en richt zich op het mRNA dat wordt geproduceerd door de transcriptie van het doelgen. Daarom is gen-knockdown een vorm van post-transcriptionele regulatie van genexpressie.

Figuur 2: gen Knockdown

Het is veelbetekenend dat het voornamelijk gebaseerd is op de RNA-interferentie (RNAi) route door de afbraak van mRNA mogelijk te maken. Hier spelen miRNA, siRNA en shRNA een sleutelrol door te binden aan het doelwit-mRNA. De resulterende RNA-duplexen worden afgebroken door de werking van Dicer en RISC. Ze zullen de expressie van het gen van belang tijdelijk uitschakelen.

Overeenkomsten tussen Gene Knockout en Gene Knockdown

Verschil tussen Gene Knockout en Gene Knockdown

Definitie

Gen-knock-out verwijst naar een permanente verandering in DNA die leidt tot het verlies van functie van een gen, veroorzaakt door een manipulatie van het DNA van het organisme, terwijl gen-knockdown verwijst naar een tijdelijke afname van genexpressie veroorzaakt door een experimentele techniek, vaak een antisense-oligo. Dit is dus het fundamentele verschil tussen gen-knock-out en knock-down.

Belang

Het belangrijkste verschil tussen gen-knock-out en knock-down is dat de gen-knock-out het volledig wissen van de doelgenen inhoudt of ze inactiveert door onzinmutaties, terwijl gen-knockdown leidt tot mislukte eiwittranslatie en afbraak van dat mRNA.

Effect

Bovendien, terwijl gen-knock-out een permanente methode van gen-uitschakeling is, is gen-knock-down een tijdelijke methode van gen-uitschakeling.

Effectief niveau

Mechanismen

Homologe recombinatie, endonucleasen en CRISPR/Cas9 zijn verschillende mechanismen voor het uitschakelen van genen, terwijl RNA-interferentie het belangrijkste mechanisme is voor het uitschakelen van genen. Dit is dus ook een belangrijk verschil tussen gen-knock-out en knock-down.

Conclusie

Gene knock-out is een methode van gene silencing die toepasbaar is op DNA-niveau. Het is verantwoordelijk voor het volledig wissen van het doelgen of het inactiveren ervan door nonsense-mutaties. Daarentegen is gene knockdown een methode voor het uitschakelen van genen die toepasbaar is op RNA-niveau. Het is verantwoordelijk voor de tijdelijke inactivering van genexpressie door het mRNA af te breken. Daarom is het belangrijkste verschil tussen gen-knock-out en knock-down het mechanisme van gen-uitschakeling.

Referenties:

1. Davis, E D. "Knock-out door TALEN of CRISPR versus Knockdown door ShRNA of SiRNA." Genecopoeia, GeneCopoeia, Inc., 2014, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Frameshift-mutaties (13080927393)" door Genomics Education Program - Frameshift-mutaties (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia 2. "Mechanisme van RNA-interferentie" door Simone Mocellin en Maurizio Provenzano - RNA-interferentie: gen-knock-down leren van celfysiologie doi: 10.1186/1479-5876-2-39 (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia