Jak lidské buňky rostou a vyvíjejí se odhaluje nový molekulární atlas


Umělecká interpretace vytvoření dvou buněčných atlasů, které sledují genovou expresi a dostupnost chromatinu během vývoje typů lidských buněk a tkání. Zpráva Atlasů ve vědeckém vydání z 12. listopadu. Byly vyvinuty Brutman Institute Batty for Precise Medicine a UW Medicine v Seattlu. Uznání: Danny Bergy and Insa Stanishevskaya / Cognition Studio, Inc.

Oba atlasy mapují expresi a dostupnost genu, jak se buňky diferencují na různé buněčné typy a tkáně.

Výzkumníci UW z Brutman Batti Institute v Seattlu vytvořili dva buněčné atlasy, které sledují genovou expresi a dostupnost chromatinu během vývoje typů lidských buněk a tkání.

Jeden atlas mapuje expresi genů v jednotlivých buňkách napříč 15 embryonálními tkáněmi. Druhý atlas mapuje dostupnost chromatinu jednotlivých genů v buňkách.

Atlasy společně poskytují základní zdroj pro pochopení genové exprese a dostupnosti chromatinu v bezprecedentním vývoji člověka v měřítku. Kromě toho techniky popsané v obou článcích umožňují generovat údaje o genové expresi a dostupnosti chromatinu pro miliony buněk.

Atlas je popsán v publikacích typu back-to-back v čísle časopisu z 13. listopadu Věda. Kromě léků BBI a UW se na těchto studiích podíleli i další spolupracovníci z Illumina Ltd., Arizonské univerzity, Fred Hutchinson Cancer Research Center, Max Planck Institute for Molecular Genetics a University of Rochester Medical Center.

Atlas genové exprese

Genový výraz je proces, kterým buňka používá pokyny uložené v ní DNA Přímá syntéza bílkovin. Tyto proteiny zase určují buněčnou strukturu a funkci. Atlas genetické exprese mapuje, kde a kdy dochází k genové expresi v různých typech buněk, jak rostou a vyvíjejí se.

„Z těchto údajů můžeme přímo vytvořit katalog všech hlavních typů buněk v lidských tkáních, včetně toho, jak se tyto typy buněk mohou lišit v expresi svých genů v tkáních,“ uvedl hlavní autor Johnny Cao. Tuto práci dokončil jako postdoktorand v laboratoři Jaye Sandora, profesora genomové vědy na UW Medicine, výzkumného pracovníka na Howard Hughes Medical Institute a vědeckého ředitele Brutman Batti Institute. Cao je v současné době odborným asistentem na Rockefellerově univerzitě.

“Existuje obecný cíl oboru profilovat stávající genetické programy u člověka v co největším měřítku as co největším rozlišením,” řekl Sandor.

K vytvoření atlasu popsali vědci genovou expresi u 15 typů embryonálních tkání pomocí techniky zvané vědeckéRNA-seq3. Tato technika označuje každou buňku jedinečnou kombinací tří „čárových kódů“ DNA, což vědcům umožňuje sledovat buňky bez jejich fyzického oddělení.

Jakmile byly sekvence získány, použili počítačové algoritmy k rekonstrukci informací o jednotlivých buňkách, shlukování buněk podle typu a podtypu a identifikaci jejich evolučních cest. Vědci popsali více než 4 miliony jednotlivých buněk a identifikovali 77 hlavních typů buněk a asi 650 podtypů.

Rovněž srovnávali atlas se stávajícím atlasem embryonálního vývoje myší. Spoluautor Cole Trapenel, docent vědy o genomu na Lékařské fakultě UW a vědecký pracovník na Institutu Brutman Batti, vysvětlil: „Když spojíme tato data s dříve publikovanými údaji, můžeme přímo popsat cestu vývoje buněk pro všechny hlavní buňky. . “

Atlas dostupnosti DNA

Druhý atlas, přístupnost DNA, mapuje látku zvanou chromatin, která umožňuje, aby byla DNA dobře zabalena v buněčném jádru. Chromatin může být otevřený a „přístupný“ molekulárním strojům, které čtou genetické instrukce zakódované v DNA, nebo uzavřený a „nepřístupný“. Otevřená a uzavřená může vědět, jak se buňka rozhodne zapnout a vypnout geny.

Učení chromatinu vám dá představu o regulační „gramatice“ buňky, “řekl vedoucí autor Darren Kusanovich, který byl dříve postdoktorandem v Sandor Laboratory a nyní je odborným asistentem na Arizonské univerzitě. „Což je zase základ, aby buňka naznačila, že chce určité geny.“

K profilování dostupnosti DNA v jednotlivých buňkách vyvinuli vědci novou metodu nazvanou sci-ATAC-seq3. Stejně jako sci-RNA-seq3 používá tato technika také tři „čárové kódy“ DNA v každé buňce k označení a sledování jednotlivých buněk. Avšak místo identifikace všech následujících sekvencí sci-ATAC-seq3 zachytí a sekvence otevře místa chromatinu.

Vědci v této studii vytvořili téměř 800 000 jednobuněčných profilů dostupnosti chromatinu na přibližně jednom místě v 15 embryonálních tkáních. Zeptali se, které proteiny mohou interagovat s přístupnými místy DNA v každé buňce a jak by tyto interakce mohly vysvětlit buněčný typ. Tato analýza definuje řídicí spínače pro vývoj v genomu. Rovněž identifikovali místa dostupnosti chromatinu, která mohou souviset s onemocněním.

“Říká nám, jaká část genomu může být funkční. Stále nevíme, jaké procento genomu, který nekóduje geny, může být zahrnuto do regulace genů. Náš atlas nyní poskytuje tyto informace pro mnoho typů buněk,” uvedla Sylvia Domka, hlavní autorka článku a kolegyně z Atlasu přístupnosti Postdoctoral Fellow ve společnosti Sandor Laboratory. Dalšími hlavními autory výzkumu dostupnosti DNA jsou Andrew Hill, bývalý výpočetní biolog v Sandor Laboratory a nyní vědec v 10x Genomics, a Riza Daze, vědec v Sandor Laboratory.

Reference:

„Atlas lidských buněk fetální genové exprese“ 12. listopadu 2020, Věda.
DOI: 10.1126 / science.aba7721

„Atlas lidských buněk pro přístup k chromatinu“ 12. listopadu 2020, Věda.

Složky těchto studií byly financovány z Brutman Batti Institute, Paul J. Alan Frontiers Foundation, Chan Zuckerberg Initiative, Heward Hughes Medical Institute a National Institutes of Health.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.