New Comprehensive Map Ties Every Human Gene to Its Function

Futuristična medicina Zdravstveni podatki Biotehnologija

Podatki za nov zemljevid genskih funkcij so na voljo drugim znanstvenikom. “Tako, kako je človeški genom ogromen vir, je ogromen vir, v katerem lahko izvajate raziskave, ki temeljijo na odkritju,” pravi profesor Jonathan Weisman.

Znanstveniki so uporabili svoje enocelično sekvencirno orodje Perturb-seq na vsakem izraženem genu v človeškem genomu in vsakega povezali s svojim delom v celici.

Genetske raziskave so v zadnjih nekaj desetletjih hitro napredovale. Na primer, pred nekaj meseci so znanstveniki napovedali Prvo popolno sekvenciranje človeškega genoma brez vrzeli, Zdaj so raziskovalci znova napredovali in ustvarili prvi celovit funkcionalni zemljevid genov, za katerega je znano, da so izraženi v človeških celicah.

projekt človeškega genoma je bila ambiciozna pobuda za sekvenciranje vsakega koščka človeka DNK, Projekt je združil sodelavce iz raziskovalnih institucij z vsega sveta, med drugim MITInštitut za biomedicinske raziskave Whitehead in je bil končno dokončan leta 2003. Zdaj, dve desetletji pozneje, so profesor MIT Jonathan Weisman in njegovi sodelavci presegli zaporedje in predstavili prvi celovit funkcionalni zemljevid genov, izraženih v človeških celicah. Podatki iz tega projekta objavljeni na spletu 9. junija 2022 v reviji soba, povezuje vsak gen z njegovo funkcijo v celici in je vrhunec dolgoletnega sodelovanja pri metodi sekvenciranja ene celice Perturb-seq.

podatki so Na voljo za uporabo s strani drugih znanstvenikov, “To je ogromen vir, tako kot je človeški genom ogromen vir, v katerega se lahko podate in opravite raziskave, ki temeljijo na odkritju,” pravi Weisman, ki je tudi član inštituta Whitehead in raziskovalec pri Howard Hughes Medical. Huh. inštituta. “Namesto da bi vnaprej določili, katero biologijo si boste ogledali, imate ta zemljevid razmerij med genotipom in fenotipom in lahko greste in pregledate bazo podatkov brez kakršnih koli eksperimentov.”

CRISPR, ki pomeni redno razporejene kratke palindromne ponovitve, orodje za urejanje genoma, izumljeno leta 2009, je olajšalo urejanje DNK kot kdaj koli prej. Je enostavnejša, hitrejša, cenejša in natančnejša od prejšnjih metod genetskega urejanja.

Zaslon je raziskovalcem omogočil, da se poglobijo v različna biološka vprašanja. Uporabili so ga za raziskovanje celičnih učinkov genov z neznanimi funkcijami, za preučevanje odziva mitohondrijev na stres in za raziskovanje genov, ki povzročajo izgubo ali pridobitev kromosomov. , fenotip, ki se je v preteklosti izkazal za težko preučevalnega. Nekdanji poddoktor laboratorija Weisman Tom pravi: “Mislim, da bo ta niz podatkov omogočil vse vrste analiz, na katere še nismo pomislili ljudje, ki prihajajo iz drugih delov biologije, in jih nenadoma imajo na voljo.” Norman, soavtor prispevka.

Pionirski Perturb-seq

Projekt izkorišča prednosti pristopa Perturb-seq, ki omogoča spremljanje učinka vklopa ali izklopa genov z globino brez primere. bila je pot prvič objavljeno leta 2016 Weissman in njegov kolega profesor MIT Aviv Regev, vendar bi ga lahko uporabili le na majhnem naboru genov in z velikimi stroški.

Obsežen zemljevid Perturb-seq je omogočil temeljno delo Josepha Replogela, doktorskega študenta v Weismanovem laboratoriju in soavtorja trenutnega prispevka. Replogal, v sodelovanju z Normanom, ki zdaj vodi laboratorij v Memorial Sloan Kettering Cancer Center; Britt Adamson, docentka na oddelku za molekularno biologijo Univerza Princeton, Skupina pri 10x Genomics naj bi ustvarila novo različico Perturb-seq, ki jo je mogoče povečati. raziskovalci objavili papir za dokaz koncepta V biotehnologija narave v letu 2020.

Metoda Perturb-seq uporablja urejanje genoma CRISPR-Cas9 za uvedbo genetskih sprememb v celice in nato enocelično kraljeva vojska Zaporedje za pridobitev informacij o RNA, ki je izražena kot posledica dane genetske spremembe. Ker RNA nadzorujejo vse vidike obnašanja celic, lahko ta metoda pomaga dekodirati številne celične učinke genetskih sprememb.

Weisman, Regev in drugi so od svojega prvotnega dokumenta za dokazovanje koncepta uporabljali to metodo zaporedja v manjšem obsegu. Na primer raziskovalci Perturb-seq uporabljen leta 2021 Raziskati, kako človeški in virusni geni medsebojno delujejo med okužbo s HCMV, pogostim herpesvirusom.

V novi študiji so Replogl in njegovi sodelavci, vključno z Rubenom Saundersom, podiplomskim študentom v Weismanovem laboratoriju in soavtorjem prispevka, razširili metodo na celoten genom. Z uporabo celičnih linij človeškega krvnega raka in nerakavih celic, pridobljenih iz mrežnice, so izvedli pertb-seq v več kot 2,5 milijona celic in uporabili podatke za ustvarjanje obsežnega zemljevida, ki povezuje genotipe s fenotipi.

poglobiti v podatke

Po zaključku zaslona so se raziskovalci odločili, da bodo svoj novi nabor podatkov uporabili in raziskali nekatera biološka vprašanja. “Prednost perturb-seq je v tem, da vam omogoča, da na nepristranski način dobite velik nabor podatkov,” pravi Tom Norman. “Nihče ne ve zagotovo, kaj lahko dobiš iz takšnega nabora podatkov. Zdaj je vprašanje, kaj pravzaprav narediš z njim?”

Prva, najbolj očitna aplikacija je bila iskanje genov z neznanimi funkcijami. Ker zaslon prebere tudi fenotipe številnih znanih genov, lahko raziskovalci uporabijo podatke za primerjavo neznanih genov z znanimi in iščejo podobne rezultate transkripcije, kar lahko nakazuje, da je genski produkt večji kompleks.

Še posebej je izstopala mutacija gena, imenovanega C7orf26. Raziskovalci so opazili, da je bil izbris genov, ki je povzročil podoben fenotip, del proteinskega kompleksa, imenovanega integratorji, ki je igral vlogo pri izdelavi majhnih jedrskih RNA. Kompleks integratorja je sestavljen iz več manjših podenot – prejšnje študije so predlagale 14 posameznih beljakovin – in raziskovalci so lahko potrdili, da je C7orf26 tvoril 15. komponento kompleksa.

Ugotovili so tudi, da je 15 podenot delovalo skupaj v manjših modulih za izvajanje posebnih funkcij znotraj integratorskega kompleksa. “Ker ni bilo tega tisoč metrov visokega pogleda na situacijo, ni bilo jasno, da so bili ti različni moduli tako funkcionalno različni,” pravi Saunders.

Druga prednost Perturb-seq je, da se analiza osredotoča na posamezne celice, zato lahko raziskovalci uporabijo podatke za iskanje bolj zapletenih fenotipov, ki se pri preučevanju s podatki iz drugih celic ponavadi pokvarijo. “Pogosto vzamemo vse celice, kjer je “gen X” podrt, in jih povprečimo skupaj, da vidimo, kako so se spremenile,” pravi Weisman. “Včasih pa, ko zrušite gen, se posamezne celice, ki izgubljajo isti gen, obnašajo drugače in to vedenje lahko v povprečju zamudite.”

Raziskovalci so ugotovili, da je za segregacijo kromosomov odgovorna podskupina genov, katerih izbris je povzročil različne rezultate od celice do celice. Njihova odstranitev je povzročila, da so celice izgubile kromosom ali vzele dodatnega, stanje, znano kot aneuploidija. “Niste mogli predvideti, kakšen je bil transkripcijski odziv na izgubo tega gena, ker je bil odvisen od sekundarnega učinka kromosoma, ki ste ga pridobili ali izgubili,” pravi Weisman. “Spoznali smo, da lahko to spremenimo in ustvarimo ta celoten fenotip z iskanjem podpisov pridobljenih in izgubljenih kromosomov. Na ta način smo ustvarili prvi genomski zaslon za dejavnike, ki so odgovorni za pravilno segregacijo DNK. .”

“Mislim, da je študija aneuploidije daleč najbolj zanimiva uporaba teh podatkov,” pravi Norman. “Zajame fenotip, ki ga lahko dobite samo z enoceličnim odčitavanjem. Za njim ne morete na noben drug način.”

Raziskovalci so svoj niz podatkov uporabili tudi za preučevanje, kako so se mitohondriji odzvali na stres. Mitohondriji, ki so se razvili iz prostoživečih bakterij, imajo v svojem genomu 13 genov. Znotraj jedrske DNK je približno 1000 genov na nek način povezanih z mitohondrijsko funkcijo. “Ljudje že dolgo zanima, kako sta jedrska in mitohondrijska DNK usklajena in urejena v različnih celičnih pogojih, zlasti ko je celica pod stresom,” pravi Replogal.

Raziskovalci so ugotovili, da se je jedrski genom, ko so hranili različne gene, povezane z mitohondriji, podobno odzval na številne različne genetske spremembe. Vendar pa so bili odzivi mitohondrijskega genoma veliko bolj spremenljivi.

“Še vedno je odprto vprašanje, zakaj imajo mitohondriji še vedno svojo DNK,” je dejal Replogl. “Večja slika našega dela je, da je prednost posebnega mitohondrijskega genoma lahko lokalizirana ali zelo specifična genetska regulacija kot odziv na različne stresorje.”

“Če imate enega mitohondrija, ki je zlomljen, in drugega, ki je zlomljen na drugačen način, se ti mitohondriji lahko odzovejo drugače,” pravi Weisman.

Raziskovalci upajo, da bodo v prihodnosti uporabili perturb-seq na različnih vrstah celic, razen na celični liniji raka. Upajo tudi, da bodo še naprej raziskovali svoj zemljevid genskih funkcij in upajo, da bodo tudi drugi storili enako. “To je res vrhunec dolgoletnega dela avtorjev in drugih sodelavcev in res sem vesel, ko vidim, da še naprej uspeva in se širi,” pravi Norman.

Referenca: Joseph M. Replogl, Reuben A. Saunders, Angela N. Pogson, Jeffrey A. Husman, Alexander Lenel, Alina Guna, Lauren Massibroda, Eric: “Preslikavanje krajine genotipa-penotipa, bogate z informacijami, s perTB-Seq genomske lestvice”. J. Wagner, Karen Edelman, Gila Lithwick-Yanai, Nika Ermadez, Florian Oberstrass, Doron Lipson, Jessica L. Bonner, Marco Jost, Thomas M. Norman in Jonathan S. Weisman, 9. junija 2022, soba,
DOI: 10.1016/j.cell.2022.05.013

READ  Zamrznjeni mladič jamskega leva z nepoškodovanimi brki v Sibiriji je star 28.000 let

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x