Дослідники створили молекулярні атласи, що показують як ростуть клітини людини

Дослідники медичного Університету Вашингтону при Інституті Бротмана Баті в Сіетлі створили два атласи клітин, які відстежують експресію генів (ред. процес, при якому спадкова інформація генів використовується для синтезу білка або РНК)  функціонального продукту і доступність хроматину (ред. - комплекс молекул ДНК та специфічних білків, що складає хромосоми) під час розвитку типів клітин і тканин людини.

Про це  пише ІА "Конкурент" з посиланням на сайт technology.org.

Один атлас відображає експресію гена в окремих клітинах у 15 тканинах плода. Другий атлас відображає доступність хроматину до окремих генів усередині клітин.

Разом атласи забезпечують фундаментальний ресурс для розуміння експресії генів та доступності хроматину в людському розвитку і є безпрецедентними за масштабами. Методи, про які повідомляється в двох роботах, дають можливість генерувати дані про експресію генів та доступність хроматину для мільйонів клітин.

Атлас експресії генів

Експресія генів - це процес, при якому клітина використовує інструкції, що зберігаються в її ДНК, для направлення синтезу білка. Ці білки, в свою чергу, визначають структуру та функції клітини. Атлас експресії генів відображає, де і коли експресія генів відбувається в різних типах клітин, коли вони ростуть і розвиваються.

"На основі цих даних ми можемо безпосередньо сформувати каталог усіх основних типів клітин у тканинах людини, включаючи те, як ці типи клітин можуть відрізнятися у своїй експресії генів у тканинах", - сказав провідний автор, доктор Джунюе Цао.

Цао завершив цю роботу в якості докторанта в лабораторії Джея Шендуре, професора наук про геном Медичної школи Вашингтонського університету, слідчого медичного інституту Говарда Хьюза та наукового керівника Інституту Бротмена Баті. Зараз Цао є доцентом Рокфеллерівського університету.

Щоб створити атлас, дослідники профілізували експресію генів у 15 типах тканин плода, використовуючи техніку, яка називається sci-RNA-seq3. Ця техніка позначає кожну клітину унікальною комбінацією з трьох «штрих-кодів» ДНК, тим самим дозволяючи дослідникам відстежувати клітини, не розлучаючи їх фізично.

Як тільки вони отримали послідовності. вчені використовували комп’ютерні алгоритми для відновлення одноклітинної інформації, кластерних клітин за типом та підтипом та виявлення їх траєкторій розвитку. Вчені сформували понад 4 мільйони одиничних клітин та визначили 77 основних типів клітин та приблизно 650 підтипів клітин.

Атлас доступності ДНК

Другий атлас, що стосується доступності ДНК, відображає матеріал під назвою хроматин, що дозволяє щільно упакувати ДНК в ядро клітини. Хроматин може бути відкритим і доступним ”для молекулярного механізму, який читає генетичні інструкції, закодовані в ДНК, або закритий і не доступний”. Знаючи ділянки ДНК, які є відкритими і закритими, можна сказати, як клітина вирішує включати і вимикати гени.

Для профілактики доступності ДНК в окремих клітинах вчені розробили новий метод, який отримав назву sci-ATAC-seq3. Як і sci-RNA-seq3, ця методика також використовує три різні «штрих-коди» ДНК у кожній клітині для позначення та відстеження окремих клітин. Однак замість того, щоб ідентифікувати всі експресовані на даний момент послідовності, sci-ATAC-seq3 захоплює та впорядковує ділянки хроматину.

У цьому дослідженні вчені створили майже 800 000 одноклітинних профілів доступності хроматину на ~ 1 млн. Ділянок у 15 тканинах плоду. Вони дослідили, які білки можуть взаємодіяти з доступними ділянками ДНК у кожній клітині і як ці взаємодії можуть пояснити тип клітини. Цей аналіз визначає контрольні перемикачі для розвитку в геномі. Вони також виявили місця доступності хроматину, які можуть бути пов'язані із захворюваннями.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: 

• Щоб боротися з Альцгеймером: вчені досліджують механізми виникнення неврологічних розладів
• Хірурги практикуватимуть операції на 3D моделях людських органів
• Вчені винайшли клітини, що розширюють кровоносні судини