Kaip auga ir vystosi žmogaus ląstelės, atskleidė nauji molekuliniai atlasai


Menininko aiškinimas, kaip sukuriami du ląstelių atlasai, stebintys genų ekspresiją ir chromatinų prieinamumą vystantis žmogaus ląstelių tipams ir audiniams. Apie atlasus pranešama lapkričio 12 d. „Science“ numeryje. Jį sukūrė Brotmano Baty precizinės medicinos ir UW medicinos institutas Sietle. Autoriai: Dani Bergy ir Inessa Stanishevskaya / „Cognition Studio, Inc.“

Du atlasai atspindi genų ekspresiją ir prieinamumą, nes ląstelės skiriasi skirtingų ląstelių tipais ir audiniais.

UW medicinos tyrėjai Brotmano Baty institute Sietle sukūrė du ląstelių atlasus, kurie stebi genų raišką ir chromatino prieinamumą vystantis žmogaus ląstelių tipams ir audiniams.

Atlasas žymi genų ekspresiją atskirose ląstelėse 15 vaisiaus audinių. Antrasis atlasas žymi atskirų genų chromatino prieinamumą ląstelėse.

Kartu atlasai yra pagrindinis šaltinis, leidžiantis suprasti genų ekspresiją ir chromatino prieinamumą žmogaus vystymuisi, kurio mastas yra precedento neturintis. Dviejuose straipsniuose aprašyti metodai taip pat leidžia generuoti duomenis apie genų ekspresiją ir chromatino prieinamumą milijonams ląstelių.

Atlasai aprašyti regbio leidiniuose lapkričio 13 dienos žurnalo numeryje Mokslas. Be BBI ir UW medicinos, prie šių tyrimų prisidėjo ir kiti bendradarbiai iš Illumina, Inc., Arizonos universiteto, Fredo Hutchinsono vėžio tyrimų centro, Maxo Plancko molekulinės genetikos instituto ir Ročesterio universiteto medicinos centro.

Genų raiškos atlasas

Genų raiška yra procesas, kurio metu ląstelė naudoja joje saugomas instrukcijas DNR tiesioginė baltymų sintezė. Šie baltymai savo ruožtu lemia ląstelės struktūrą ir funkciją. Genų raiškos atlasas atvaizduoja, kur ir kada genų raiška vyksta įvairiuose ląstelių tipuose, kai ji auga ir vystosi.

„Iš šių duomenų mes galime tiesiogiai sugeneruoti visų svarbių žmogaus audinių ląstelių tipų katalogą, įskaitant tai, kaip ląstelių tipai gali skirtis pagal jų genų išraišką audiniuose“, – sakė pagrindinis autorius Junyue Cao. Šį darbą jis baigė kaip podoktorantas Jay Shendure’o, UW medicinos genomikos profesoriaus, Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjo ir Brotmano Baty instituto mokslo direktoriaus laboratorijoje. Cao dabar yra Rokfelerio universiteto docentas.

„Yra pagrindinis šios srities tikslas – kuo plačiau ir kuo tiksliau apibūdinti genetines žmonių programas, kurios vyksta žmonėms“, – sakė Shendure’as.

Norėdami sukurti atlasą, mokslininkai, naudodamiesi moksliniuRNRsekti3. Šia technika kiekviena ląstelė pavadinama unikaliu trijų DNR „brūkšninių kodų“ deriniu, leidžiančiu tyrėjams sekti ląsteles fiziškai jų neatskiriant.

Gavę sekas, jie naudojo kompiuterinius algoritmus, norėdami gauti vienos ląstelės informaciją, identifikuoti ląsteles pagal tipą ir potipį bei nustatyti jų vystymosi trajektorijas. Mokslininkai profiliavo daugiau nei 4 milijonus pavienių ląstelių ir nustatė 77 pagrindinius ląstelių tipus ir apie 650 ląstelių potipių.

Jie taip pat lygina atlasą su esamu pelės embriono vystymosi atlasu. Vyresnysis autorius Cole Trapnellas, UW medicinos mokyklos genomikos docentas ir Brotmano Baty instituto tyrėjas paaiškino: „Jei sujungsime šiuos duomenis su anksčiau paskelbtais duomenimis, galime tiesiogiai atskirti ląstelės vystymosi kelią. visiems pagrindiniams ląstelių tipams. “

DNR prieinamumo atlasas

Antrasis DNR prieinamumo atlasas žymi medžiagą, vadinamą chromatinu, leidžiančią sandariai supakuoti DNR į ląstelės branduolį. Chromatinas gali būti atviras ir „prieinamas“ molekulinei mašinai, kuri skaito DNR užkoduotas genetines instrukcijas arba yra uždara ir „nepasiekiama“. Žinant atvirus ir uždarus DNR regionus, galima pasakyti, kaip ląstelė pasirenka įjungti ir išjungti genus.

Studijuodami chromatiną suprasite reguliuojančią ląstelės „gramatiką“ “, – sakė vyresnysis rašytojas Darrenas Cusanovičius, buvęs Shendure laboratorijos doktorantas, o dabar Arizonos universiteto docentas. “Trumpi atviri ar prieinami DNR gabalai yra praturtinti tam tikrais” žodžiais “, kurie savo ruožtu yra pagrindas ląstelei nurodyti, kad ji nori tam tikrų genų.”

Norėdami apibūdinti DNR prieinamumą atskirose ląstelėse, mokslininkai sukūrė naują metodą, vadinamą sci-ATAC-seq3. Kaip ir naudojant sci-RNR-seq3, ši technika taip pat naudoja tris skirtingus DNR „brūkšninius kodus“ kiekvienoje ląstelėje atskiroms ląstelėms žymėti ir aptikti. Tačiau užuot identifikavus visas šiuo metu ekspresuojamas sekas, sci-ATAC-seq3 leidžia fiksuoti ir sekos atverti chromatino siužetus.

Šio tyrimo mokslininkai sukūrė beveik 800 000 prieinamumo profilių chromatino „vienas su vienu“. Jie paklausė, kurie baltymai greičiausiai sąveikauja su prieinamomis kiekvienos ląstelės DNR vietomis ir kaip ta sąveika galėtų paaiškinti ląstelės tipą. Ši analizė apibrėžia genomo vystymosi valdymo jungiklius. Jie taip pat nustatė vietas, prieinamas chromatinams, susijusiems su ligomis.

“Tai mums nurodo, kokia genomo dalis gali būti funkcinė. Mes dar nežinome, koks genų nekoduojančio genomo procentas gali būti susijęs su genų reguliavimu. Dabar mūsų atlasas teikia informaciją apie daugelį ląstelių tipų “, – sakė Silvia Domcke, prieinamumo atlaso lapo bendraautorė ir Shendure laboratorijos podoktorantė. Kiti DNR prieinamumo tyrimo pagrindiniai autoriai yra Andrew Hillas, buvęs kompiuterių biologas Shendure laboratorijoje, o dabar 10x Genomics mokslininkas, ir Riza Daza, Shendure laboratorijos tyrėja.

Nuorodos:

„Vaisiaus genų ekspresijos žmogaus ląstelių atlasas“, 2020 m. Lapkričio 12 d. Mokslas.
DOI: 10.1126 / mokslas.aba7721

„Žmogaus ląstelių chromatino prieinamumo atlasas“ 2020 m. Lapkričio 12 d. Mokslas.

Dalį šių tyrimų finansavo Brotmano Baty institutas, Paulo G. Alleno sienų fondas, Chan Zuckerbergo iniciatyva, Hpwardo Hugheso medicinos institutas ir Nacionaliniai sveikatos institutai.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

3700 metų Babilono molio planšetė yra antrasis pasaulyje taikomosios geometrijos modelis

Si.427 yra rankinė planšetė 1900–1600 m. Pr. Kr., Pagaminta Babilono matininko. Jame rašoma, kad molis, ir jį parašė žemėlapio kūrėjas ant vėžlio. ...

Afrikos dulkių gabenimo per Šiaurės Atlanto vandenyną istorija

Iki Rosenstielio Majamio universiteto jūrų ir atmosferos mokslų mokykla 2021 m. Rugpjūčio 4 d Susidomėjimas Afrikos dulkėmis prasidėjo prieš 50 metų, kai buvo nustatyta, kad jos...

Nepaprasta nauja medžiaga paverčia atliekas energija

Išgrynintas lakštinis selenidas turi labai aukštą šilumos laidumą. Atkaklumas: NASA 2020 m Astronautą čia, Žemės planetoje, maitina kažkas labai pageidautino - termoelektrinis prietaisas, kuris...

Geriamosios vakcinos kartais nepavyksta skurdžiose šalyse – nauji tyrimai paaiškina, kodėl

Sveikas pelės žarnynas, panašus į ilgą pirštą (kairėje), ir žarnos, turinčios nenormalią aplinkos funkciją, su trumpu gluosniu (dešinėje). Kreditas: Amret Ta But Thacha Remiantis...

Newsletter

Subscribe to stay updated.