एकल-सेल स्तर पर माउस में सूचीबद्ध सेल प्रकार का जीनोम विनियमन

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Anonim

वैज्ञानिकों ने एक एकल-सेल रिज़ॉल्यूशन पर माउस जीनोम के नियामक परिदृश्य को मैप करने के लिए एक बड़ा प्रयास पूरा कर लिया है।

टीम ने एक विशेष परख लागू किया कि उन्होंने पहले क्रोमैटिन पहुंच नामक एक जीनोमिक फीचर को प्रोफाइल करने के लिए विकसित किया था।

शोधकर्ताओं ने रुचि थी कि कैसे डीएनए घुमावदार, लपेटने और पैकेजिंग को क्रोमैटिन कहा जाता है, यह दर्शाता है कि प्रत्येक व्यक्तिगत कोशिका में किस आनुवांशिक जानकारी को क्रियान्वित किया जा सकता है। डीएनए एक स्ट्रिंग पर मोती की तरह है। रिक्त स्थान होते हैं जहां परमाणु "मोती" स्थानांतरित होते हैं ताकि प्रोटीन आनुवांशिक जानकारी तक पहुंच सकें और "पढ़ सकें"। वह राज्य क्रोमैटिन पहुंच है।

अध्ययन में, 13 वयस्क पुरुष माउस ऊतकों से लगभग सौ हजार व्यक्तिगत कोशिकाओं पर assayed थे। ऊतक थे: अस्थि मज्जा, बड़ी आंत, दिल, गुर्दे, यकृत, फेफड़े, छोटी आंत, प्लीहा, टेस्ट, थाइमस, पूरे मस्तिष्क और मस्तिष्क के सेरेबेलम और प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स।

वैज्ञानिकों ने 85 विशिष्ट क्रोमैटिन अभिगम्यता पैटर्न देखा, और इनमें से अधिकतर विशिष्ट सेल प्रकारों को असाइन कर सकते थे। उन्होंने चार सौ से अधिक संभावित नियामक तत्वों की सूची भी बनाई। आम तौर पर, शोधकर्ता इसी तरह के क्रोमैटिन परिदृश्य वाले कोशिकाओं के क्लस्टर की पहचान करने में सक्षम थे, और फिर विभिन्न क्लस्टर प्रकारों को चुनने के लिए इस क्लस्टर की जांच करते थे।

उन्होंने कहा कि उनके डेटा की गुणवत्ता परिवर्तनीय थी, मुख्य रूप से ऊतक प्रकार के आधार पर। डेटा टेस्ट में शुक्राणु प्रजनन कोशिकाओं में निम्नतम गुणवत्ता वाले थे, क्योंकि डीएनए इन प्रजनन कोशिकाओं में अलग-अलग पैक किया जाता है।

इस एटलस में एकत्रित डेटा विकास के मार्गों और सेल वंशावली के गठन की समझ को आगे बढ़ा सकता है। उदाहरण के लिए शोधकर्ता इस संसाधन का उपयोग यह समझने के लिए कर सकते हैं कि क्रोमैटिन पहुंच कैसे बदलती है क्योंकि अपरिपक्व रक्त-निर्माण कोशिकाएं विशिष्ट भूमिकाओं के साथ परिपक्व रक्त कोशिकाओं में बदल जाती हैं।

शोधकर्ताओं का कहना है कि क्रोमैटिन पहुंच के इस सिंगल-सेल एटलस, मानव, चूहों और अन्य प्रजातियों के लिए सेल प्रकारों के एक व्यापक एटलस को संकलित करने के लिए दुनिया भर में प्रयोगशालाओं के बीच एक सतत प्रयास का हिस्सा हैं। शेंडर, ट्रैपनेल और सहयोगी प्रयोगशालाओं ने कीड़े और मक्खियों के विकास के लिए संबंधित एटलस उत्पन्न किए हैं।

जर्नल सेल में 2 अगस्त को विधियों और निष्कर्ष प्रकाशित किए गए हैं।

अध्ययन के वरिष्ठ लेखकों को कोल ट्रेलनेल और जय शेंडूर, वाशिंगटन स्कूल ऑफ मेडिसिन विश्वविद्यालय में जीनोम साइंसेज विभाग में संकाय और सेल लाइनेज ट्रेसिंग के लिए पॉल जी एलन डिस्कवरी सेंटर और ब्रोटमैन बैटी इंस्टीट्यूट के सदस्यों के लिए दोनों संकाय थे। सिएटल में प्रेसिजन चिकित्सा। शेंडर भी हावर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट जांचकर्ता है।

शेडुर की प्रयोगशाला में काम कर रहे स्नातक छात्र, एंड्रयू जे। हिल, एक पूर्व पोस्टडॉक्टरल साथी डैरेन ए कुसुनोविच ने अध्ययन की अध्यक्षता की। कुसानोविच और उनके सहयोगियों ने इस शोध के लिए महत्वपूर्ण एकल-कोशिका संयोजन सूचकांक परख प्रोटोकॉल विकसित किए।

एरिजोना विश्वविद्यालय के एक सहायक प्रोफेसर कुसानोविक ने कहा, "यह सिंगल-सेल तकनीक मापती है कि कैसे व्यक्तिगत कोशिकाओं में जीनोम का आयोजन किया जाता है और जीन कैसे नियंत्रित होते हैं।" अन्य आनुवंशिक अध्ययन, हिल ने नोट किया है, दिखाया गया है कि सामान्य रोगों के अंतर्गत अधिकांश अनुवांशिक रूप जीनोम के गैर-कोडिंग क्षेत्रों में आते हैं, जहां जीन गतिविधि का प्रबंधन होता है।

"इन सिग्नल, " शेंडर ने कहा, "कभी-कभी कहीं भी के बीच में नहीं लगता है। वैज्ञानिकों ने यह पता लगाने के लिए उपकरणों की कमी की है कि वे कौन से जीन विनियमित कर रहे हैं। ये डेटा हमें विभिन्न सेल प्रकारों में नियामक नियमों को समझने में मदद करते हैं।"

हिल ने कहा, "इस तरह के शोध इस बात का एक विचार प्रदान कर रहे हैं कि जटिल जीवों में एक समान संदर्भ जीनोम युक्त सेल प्रकारों की इतनी अविश्वसनीय विविधता हो सकती है।"

ट्रैपनेल ने समझाया कि अधिकांश पिछले अध्ययनों ने कई सेल प्रकारों से बना ऊतकों या नमूने के लिए जीनोमिक तरीकों को लागू किया है। हालांकि, कई अलग-अलग सेल प्रकारों में औसत, अलग-अलग सेल प्रकारों में क्या हो रहा है, यह अस्पष्ट हो सकता है।

"हम एकल सेल स्तर पर कोशिकाओं के जीनोमिक गुणों में रुचि रखते हैं, " उन्होंने कहा। उन्होंने कहा कि इस क्षेत्र में अधिकतर शोध इस बात पर रहे हैं कि कोशिकाओं में कुछ जीन की अभिव्यक्ति चालू या बंद होती है, और आमतौर पर जीन सक्रिय या ट्यून किए जाने पर क्यों कम या कम होते हैं।

शोधकर्ताओं ने अपने परिणामी डेटा का उपयोग यह पहचानने के लिए किया कि जीनोम के कौन से हिस्से अलग-अलग सेल प्रकारों में "खुले" हैं और ये तत्व कौन से जीन नियंत्रित करते हैं। इसके बाद उन्होंने मानव जीनोम-वाइड एसोसिएशन अध्ययन के परिणामों के साथ इस एटलस को छेड़छाड़ की, जो संभव बीमारी लिंक के साथ अनुवांशिक रूपों को उजागर करता है।

शोधकर्ता कोशिका प्रकारों को निहित करने में सक्षम थे जो कई आम मानव विकारों और लक्षणों में भूमिका निभाते थे, इस तथ्य के बावजूद कि सेल एटलस डेटा चूहों से आया था, न कि लोगों।

उदाहरण के लिए, अल्जाइमर रोग के लिए विरासत मस्तिष्क कोशिकाओं के किसी भी वर्ग में न्यूरॉन्स के रूप में जाना जाता है, लेकिन इसके बजाय माइक्रोग्लिया में सबसे अधिक समृद्ध समृद्ध था, जो तंत्रिका तंत्र की रक्षा करता था। इसके विपरीत, द्विध्रुवीय विकार के लिए विरासत की सबसे मजबूत संवर्धन उत्तेजक न्यूरॉन्स में थे।

इस तरह से जांच किए गए अन्य लक्षणों में ऑटोम्यून्यून की स्थिति, उच्च लिपिड स्तर, इम्यूनोग्लोबुलिन की कमी, शरीर का आकार और संरचना, अस्थमा, घास का बुखार, दिल का दौरा, गठिया और कई अन्य स्थितियों या विशेषताओं शामिल हैं।

यूडब्ल्यू मेडिसिन शोधकर्ताओं के नेतृत्व में संबंधित कार्य, आणविक सेल में 2 अगस्त को प्रकाशित, रोसेरा वक्ता के लिए नामित एक एल्गोरिदम सीसेरो पेश करता है। यह एल्गोरिदम जीन विनियमन के व्याकरण को निर्धारित करने में सहायता करता है। विधि एकल-कोशिका क्रोमैटिन पहुंच-योग्यता डेटा और डीएनए में नियामक तत्वों को उनके द्वारा लक्षित जीन में जोड़ती है।

ट्रैपनेल और शेंडर प्रयोगशालाओं में स्नातक छात्र हन्ना पिल्नेर द्वारा लिखित सॉफ़्टवेयर यह निर्धारित करता है कि हजारों नियामक तत्व मांसपेशी कोशिकाओं के विकास में जीन अभिव्यक्ति को कैसे बनाते हैं।

वैज्ञानिकों ने प्रत्येक सेल प्रकार में नियामक तत्वों के बीच संभावित कनेक्शन का नक्शा बनाने के लिए माउस एटलस के लिए सिसेरो का उपयोग किया। आशा है कि इस तरह के मैपिंग से पता चलता है कि जीनोम में लाखों नियामक डीएनए अनुक्रम कैसे नियंत्रित करते हैं कि कोशिकाएं अपने विशेष कार्यों को कैसे करती हैं।

एक मानव कोशिका एटलस का उत्पादन शरीर में बड़ी संख्या में कोशिकाओं के कारण, और कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं के कारण एक व्यक्ति के जीवन काल में मौजूद होने के कारण माना जाता है। औसत वयस्क मानव में लगभग 37 ट्रिलियन कोशिकाएं होती हैं जो प्रकार, बहुतायत और विकास की स्थिति में भिन्न होती हैं।

हालांकि, इन कागजात में वर्णित प्रगति मानव कोशिका एटलस के निर्माण में सहायता कर सकती है। शोधकर्ताओं ने बताया कि एक बार श्रमिकों को मुट्ठी भर के लिए पूरा करने के लिए श्रम गहन था जो अब कुछ महीनों में सिंगल-सेल रिज़ॉल्यूशन पर किया जा सकता है।

एक इंसान के विपरीत, एक घर के माउस के शरीर में केवल 10 अरब कोशिकाएं होती हैं (लगभग 0.02% मानव शरीर में)। लगभग 75 मिलियन वर्ष पहले एक आम पूर्वजों से मनुष्य और चूहों को अलग कर दिया गया था।

तब से आनुवांशिक परिवर्तन होने के बावजूद, माउस मानव स्वास्थ्य और बीमारी के लिए कई संकेत प्रदान करता है। विकासवादी रिश्ते के कारण, माउस सेल एटलस यह समझने में योगदान देगा कि मानव, सेल प्रकारों सहित स्तनधारी कैसे उभरा।

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