Cum se dezvoltă și se dezvoltă celulele umane prin noi atlasuri moleculare


Interpretarea artistului a creării a două atlasuri celulare care urmăresc expresia genelor și accesibilitatea cromatinei în timpul dezvoltării tipurilor și țesuturilor de celule umane. Atlasele sunt raportate în numărul din 12 noiembrie al Science. Acestea au fost dezvoltate de Institutul Brotman Baty pentru Medicina de Precizie și Medicina UW din Seattle. Credit: Dani Bergy și Inessa Stanishevskaya / Cognition Studio, Inc.

Ambele atlase mapează expresia și disponibilitatea genelor pe măsură ce celulele se diferențiază în diferite tipuri de celule și țesuturi.

Cercetătorii de Medicină PC de la Institutul Brotman Baty din Seattle au creat două atlasuri celulare care urmăresc expresia genelor și accesibilitatea cromatinei în timpul dezvoltării tipurilor și țesuturilor de celule umane.

Un atlas mapează expresia genelor în celule individuale din 15 țesuturi fetale. Al doilea atlas mapează accesibilitatea la cromatină a genelor individuale din celule.

Luate împreună, atlasele oferă o resursă de bază pentru înțelegerea expresiei genelor și a accesibilității cromatinei în dezvoltarea umană, care are o scară fără precedent. Mai mult, tehnicile descrise în ambele lucrări fac posibilă generarea de date privind expresia genelor și accesibilitatea cromatinei pentru milioane de celule.

Atlasele sunt descrise în publicații spate-în-spate în numărul din 13 noiembrie al revistei Ştiinţă. În plus față de BBI și UW Medicine, alți colaboratori de la Illumina, Inc., Universitatea din Arizona, Fred Hutchinson Cancer Research Center, Max Planck Institute of Molecular Genetics și University of Rochester Medical Center au contribuit la aceste studii.

Atlas de expresie genică

Expresia genică este procesul prin care o celulă folosește instrucțiunile stocate în ea ADN pentru a dirija sinteza proteinelor. Aceste proteine, la rândul lor, determină structura și funcția celulelor. Atlasul expresiei genelor hărțește unde și când apare expresia genică în diferite tipuri de celule pe măsură ce cresc și se dezvoltă.

„Din aceste date, putem produce un catalog direct al tuturor tipurilor de celule majore din țesuturile umane, inclusiv modul în care aceste tipuri de celule ar putea varia în ceea ce privește expresia genelor lor din țesuturi”, a spus autorul plumb, Junyue Cao. A finalizat această lucrare ca postdoctoral în laboratorul lui Jay Shendure, profesor de științe genomice în medicina UW, cercetător al Institutului Medical Howard Hughes și director științific al Institutului Baty Brotman. Cao este acum profesor asistent la Universitatea Rockefeller.

„Obiectivul general al domeniului este acela de a profila de programele genetice prezente la om pe o scară cât mai largă, cu o rezoluție cât mai mare posibilă”, a spus Shendure.

Pentru a crea atlasul, cercetătorii au profilat expresia genelor în 15 tipuri de țesut fetal utilizând o tehnică numită științăARN-seq3. Această tehnică etichetează fiecare celulă cu o combinație unică de trei „coduri de bare” ADN, permițând astfel cercetătorilor să urmărească celulele fără a fi separate fizic.

După securizarea secvențelor, au folosit algoritmi computerizați pentru a extrage informațiile despre celulă unică, grupul de celule după tip și subtip și pentru a identifica traiectoriile lor de dezvoltare. Oamenii de știință au profilat peste 4 milioane de celule unice și au identificat 77 de tipuri de celule principale și aproximativ 650 de subtipuri de celule.

De asemenea, au comparat atlasul cu un atlas existent al dezvoltării embrionare a șoarecilor. Cole Trapnell, co-autor principal, profesor asociat de genomică la Școala de Medicină UW și cercetător la Institutul Brotman Baty, a explicat: „Când combinăm aceste date cu datele publicate anterior, putem contura calea de dezvoltare a celulei pentru toate tipurile majore de celule. ”

Atlas de accesibilitate ADN

Al doilea atlas, al accesibilității ADN, mapează un material numit cromatină care permite împachetarea strânsă a ADN-ului în nucleul celulei. Cromatina poate fi expusă și „accesibilă” mașinilor moleculare care citesc instrucțiunile genetice codificate în ADN sau închise și „inaccesibile”. Cunoașterea regiunilor deschise și închise ale ADN-ului poate spune cum o celulă alege să activeze și să oprească genele.

Studierea cromatinei vă oferă un sentiment al „gramaticii” de reglementare a celulei ”, a spus Darren Cusanovich, coleg postdoctoral senior în laboratorul Shendure și acum profesor asistent la Universitatea din Arizona. “Bucățile scurte de ADN care sunt deschise sau accesibile, sunt îmbogățite pentru anumite” cuvinte “, care la rândul lor stau la baza identificării celulei de gene specifice.”

Pentru a profila de accesibilitatea ADN-ului în celule individuale, oamenii de știință au dezvoltat o nouă metodă, numită sci-ATAC-seq3. La fel ca sci-ARN-seq3, această tehnică folosește, de asemenea, trei coduri de bare ADN diferite în fiecare celulă pentru a marca și urmări celule individuale. Cu toate acestea, mai degrabă decât identificarea tuturor secvențelor exprimate în prezent, sci-ATAC-seq3 captează și secvențe deschide site-uri de cromatină.

Oamenii de știință au produs aproape 800.000 de profiluri de accesibilitate ale cromatinei cu o singură celulă la aproximativ 1 milion de site-uri din 15 țesuturi fetale în acest studiu. Ei au întrebat ce proteine ​​ar putea interacționa cu site-uri ADN accesibile în fiecare celulă și cum aceste interacțiuni pot explica tipul de celulă. Această analiză definește comutatoarele de control pentru dezvoltarea în cadrul genomului. De asemenea, au identificat site-urile de accesibilitate la cromatină care ar putea fi legate de boli.

„Acest lucru ne spune care parte a genomului ar putea fi funcțională. Încă nu știm ce procent din genomul necodificator pentru gene poate fi implicat în reglarea genelor. Atlasul nostru oferă acum aceste informații pentru multe tipuri de celule ”, a declarat Silvia Domcke, co-autor al lucrării Atlas accesibilitate și coleg postdoctoral la laboratorul Shendure. Alți autori majori ai studiului privind accesibilitatea ADN sunt Andrew Hill, fost biolog de calcul la laboratorul Shendure și acum om de știință la 10x Genomics și Riza Daza, cercetător la laboratorul Shendure.

Referințe:

„Atlasul celulelor umane ale expresiei genei fetale” 12 noiembrie 2020, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.aba7721

„Atlasul de celule umane de accesibilitate la cromatină” 12 noiembrie 2020, Ştiinţă.

Componentele acestor studii au fost finanțate de Fundația Baty Brotman, Fundația Frontiere Paul G. Allen, Inițiativa Chan Zuckerberg, Institutul Medical Hpward Hughes și Institutele Naționale de Sănătate.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.