Menjadikan atlas aktiviti gen dalam sel dan tisu manusia • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik

Menjadikan atlas aktiviti gen dalam sel dan tisu manusia

Lambang projek FANTOM mengenal pasti matlamat utama dan pencapaian utama pasukan: atlas ungkapan promoter, atlas penambah (unsur pengawalseliaan), sebuah atlas ungkapan ekspresi gen dalam sel. Gambar dari fantom.gsc.riken.jp

Konsortium antarabangsa para saintis dari 20 buah negara dilaporkan pada halaman tersebut Alam mengenai penyelesaian tahap seterusnya projek FANTOM, tujuannya adalah untuk memetakan gen-gen yang berfungsi dalam pelbagai tisu dan sel-sel mamalia, terutama manusia. Sebagai hasil kajian berskala besar, peta seperti itu telah dikumpulkan: kini anda dapat melihat bukan sahaja di mana dan apa gen berfungsi, tetapi bagaimana ia dikawal selia – iaitu, memahami bagaimana sel-sel tertentu memperoleh keperibadian mereka. Atlas yang dikumpulkan mempunyai potensi besar untuk penyelidikan dan pembangunan perubatan individu dan regeneratif.

Analisis cap ekspresi gen (Cap Analysis Gene Expression, CAGE) adalah teknik yang dapat digunakan untuk menentukan urutan DNA dari mana pembacaan gen bermula. Panjang dan komposisi bahagian awal ini membolehkan seseorang untuk menilai aktiviti gen tertentu, serta unsur-unsur mengawal ekspresinya. Teknik ini dibangunkan pada tahun 90an oleh sekumpulan saintis di bawah pimpinan Yoshihide Hayashizaki (Yoshihide Hayashizaki) di Institut Penyelidikan Fizikal dan Kimia Jepun (RIKEN).Para saintis menyedari janji teknologi baru untuk meneliti aktiviti gen, dan pada tahun 2000 mereka memulakan projek besar-besaran FANTOM (Annotation Fungsional Genom Mamalia). Ia berdasarkan metodologi CAGE. Jelas sekali, matlamat projek itu bukan sahaja dan tidak banyak untuk menguji keberkesanan kaedah, tetapi untuk kemungkinan yang menjanjikan: untuk memahami gen-gen, di mana dan bagaimana mereka bekerja dengan aktif.

Tugas ini adalah pada skala yang sama dengan projek membaca genom manusia, tetapi di sini, sebagai tambahan kepada fungsi umum gen dan laluan pengawalseliaan, terdapat ciri tambahan tisu dan sel. Lagipun, kira-kira 400 jenis sel yang berbeza bekerja di dalam badan, dalam semua sel-sel ini gen sama, tetapi sel-sel berfungsi dengan berbeza. Teknik CAGE memungkinkan untuk memahami di mana sel-sel yang gen aktif dan dengan cara bagaimana pengaktifan dan pencerobohan mereka berlaku. Dalam erti kata lain, seperti pada peringkat gen, tubuh ditandakan pada organ dan tisu.

Adalah jelas bahawa tugasnya adalah besar dalam skala, tetapi dapat diselesaikan. Kerja-kerja ini dijalankan di 114 makmal di 20 negara – dari angka-angka ini sifat global dan pemahaman tentang kaitan penyelidikan oleh komuniti dunia adalah jelas.Dari Rusia, sekumpulan Doktor Sains Biologi Vsevolod Makeyev dari Institut Genetik Umum yang dinamakan selepas NI Vavilov dari Akademi Sains Rusia mengambil bahagian dalam projek itu. Projek ini dijalankan dalam lima peringkat, dan peserta FANTOM berbangga dengan sejarah mereka (dan walaupun sedikit tersinggung bahawa bahagian pencapaian mereka dalam projek "Genom Manusia" tidak ditandakan dengan apa-apa cara). Hasil dari tahap terakhir – FANTOM5 – disajikan dalam 18 artikel, termasuk artikel dalam jurnal Alam. Mereka menggambarkan peta kerja gen: mereka mencerminkan ruang, iaitu, tisu khusus, markah gen.

Sekiranya ia sangat kasar untuk menggambarkan "elemen tunggal" kerja, maka anda mendapat sesuatu seperti ini. Pertama, ungkapan tapak awal setiap gen direkodkan. Kemudian ia direkodkan dalam satu cara atau yang lain, berapa kali setiap nukleotida dibaca; Selanjutnya, rajah kekerapan "aktiviti" tapak yang dipilih dibina. Carta ini dianalisis secara statistik: puncak penting dipisahkan daripada tidak penting. Juga diambil kira adalah kesilapan sistematik yang berlaku semasa membaca exo dan intron. Hasilnya adalah serangkaian puncak yang mencerminkan aktiviti tapak promoter dan elemen pengawalseliaan mereka.Bagi setiap gen (iaitu, penganjur) dalam pelbagai jenis sel dan tisu, gambarajah tersebut mempunyai ciri-ciri individu masing-masing – tahap ekspresi tertentu, inhibitor khusus dan enhancer. Kalikan ini dengan jumlah gen dan jumlah tisu dan dapatkan anggaran yang sangat diremehkan daripada jumlah genetik dan bioinformasi molekul yang dilakukan. Dengan cara ini, kira-kira 3.49 juta puncak dikesan pada manusia dan 2.088 juta pada tetikus tikus. Jangan iri hati! Tetapi sebaliknya, sukar untuk membayangkan pekerjaan yang lebih berguna dan berpotensi dituntut.

Rajah. 1. Bahagian awal pembacaan gen B4GALT1pengekodan salah satu protein membran. Ini adalah plot 266 nukleotida, yang dibahagikan kepada 6 kumpulan (mereka ditandakan di bawah anak panah hitam). Setiap kumpulan sepadan dengan puncak bilangan bilangan nukleotida yang dibaca, yang menunjukkan kedudukannya dengan mantap dalam keadaan yang berbeza. Corak manifestasi puncak spesifik kepada jenis sel yang berbeza: sel CD4 + T (biru), monosit (kuning), sel-sel otot licin aortahijau), budaya sel-sel kanser korteks adrenal (merah). Gambar dari artikel dibincangkan di Alam

Peta ini, atau, apabila para peserta memanggilnya, atlas (atlas ekspresi mamalia peringkat atasan), menunjukkanbagaimana cara pengawalan semua gen dalam sel yang berbeza. Ini adalah jenis pangkalan data global visual mengenai peraturan. Benar, pakar hanya dapat memahaminya. Dalam ara. 1 – salah satu halaman atlas ini, ditunjukkan dalam penerbitan di Alam; ia direka dengan jelas untuk pembaca berdarah sejuk dengan pengetahuan mendalam tentang genetik molekul.

Rajah. 2 Skim simptomatik (sic!) Yang bersimpangan (coexpression) daripada gen yang saling berkaitan. Sejumlah 4882 kumpulan promotor (satu simpul – satu kumpulan, 4664 kumpulan ditunjukkan di sini), menyatukan 124,090 promoter dalam semua tisu. Jari nod bersesuaian dengan bilangan penganjur dalam kumpulan. Talian menunjukkan hubungan bermakna antara kumpulan bunga persatuan longgar kumpulan terekspresi ditunjukkan; tandatangan mewakili jenis sel utama dalam satu persatuan atau yang lain. Gambar dari artikel dibincangkan di Alam

Kesimpulan pertama dari kerja ini adalah seperti itu. Ramai penganjur dalam sel mamalia terdiri daripada beberapa titik (tapak) dari permulaan bacaan. Faktor penentu bagi sel adalah dari mana mereka mula membaca. Hanya beberapa gen yang benar-benar berfungsi dalam setiap sel tertentu.Adalah penting bahawa evolusi tapak promoter khusus tisu berjalan dengan lebih cepat dan dengan cara lain daripada tapak tidak khusus; yang terakhir adalah agak konservatif.

Walau bagaimanapun, adalah jelas bahawa potensi kerja ini jauh lebih besar daripada kesimpulan penting ini, dan ia terletak di bidang praktikal. Menganalisis hubungan aktiviti gen, seseorang dapat memahami bagaimana dan apa perubahan dalam genom yang membawa kepada penyakit. Oleh itu, kita mula menguasai bidang terapi peribadi dan ubat regeneratif. Institut Genetik Umum sepatutnya mengucapkan tahniah kepada peserta dalam kerja ini (termasuk rakan sekerja mereka) mengenai penyelesaian projek ini yang penting.

Sumber: Konsortium FANTOM dan RIKEN PMI dan CLST (DGT). Atlas ekspresi mamalia peringkat atlas // Alam. 2014. V. 507. P. 462-470.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: