Wie Piraten auf Schatzsuche, St. Jude Children ‚ s Research Hospital Wissenschaftler haben die erste 3D-Karte des Maus-Genoms und verwendet es, um zu entdecken, wissenschaftliche gold. Das gold beinhaltet die Einsicht von machine-learning in die genomische Organisation und Funktion während der Entwicklung. Die Forschung erscheint heute in der Zeitschrift Neuron.
„Das Verständnis der Art und Weise Zellen organisieren Ihre Genome während der Entwicklung wird uns helfen zu verstehen, Ihre Fähigkeit zur Reaktion auf stress, Verletzungen und Krankheit,“, sagte Michael Dyer, Ph. D., Stuhl der St. Jude Abteilung für Entwicklungsneurobiologie und Howard Hughes Medical Institute investigator. Er und Xiang Chen, Ph. D., assistant Mitglied der St. Jude Abteilung Computational Biology, sind die entsprechenden Autoren.
Die Forschung konzentrierte sich auf die lichtempfindlichen stäbchenzellen in der retina der Maus. Mehr als 8.000 Gene ein-oder ausgeschaltet während der retinalen Entwicklung. Tausende von regulatorischen Regionen über dem Genom auch eine Rolle spielen. Forscher verwendeten Technologie namens ultra-deep-Chromosom-conformation-capture-oder Hi-C-Analyse zur Karte die Interaktionen in der Maus Stäbchen.
Zuvor, 3D-genomics hat sich in Erster Linie auf das Verständnis der regulation von bestimmten Genen und arbeitete mit Zellen wachsen im Labor.
Mit der integrierten Analyse von Daten aus einer Vielzahl von Quellen und machine-learning-Ermittler zeigten genomische Organisation geändert, in erstaunlicher Weise in den verschiedenen Phasen der Entwicklung. „Diese Veränderungen sind nicht zufällig, sondern ist Teil der Entwicklungs-Programm der Zellen,“ Dyer sagte.
Dyer und seine Kollegen haben den gleichen Ansatz zum erstellen eines 3D-genomische Karte des Maus-Kleinhirn, eine Struktur des Gehirns, wo das medulloblastom entwickeln können. Das medulloblastom ist der häufigste Maligne pediatric brain tumor.
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Das menschliche Genom kodiert ist, in der 3 Milliarden chemischen Basen der menschlichen DNA. Seit das erste menschliche Genom wurde vollständig sequenziert, die in 2003, haben die Forscher verwendet die Technik um zu identifizieren und zu studieren, ererbten oder erworbenen genomischen Veränderungen, die zu Krebs führen und andere Krankheiten.
Streckte seine gesamte Länge, DNA aus einer einzelnen menschlichen Zelle misst etwa 6 Meter lang. Die Funktion, die DNA ist verpackt in eine mikroskopisch kleine Bündel, das passt in den Kern der Zellen. Die resultierenden DNA-loops zusammen bringen kann sonst weit entfernte Regionen des Genoms. Die wichtigsten details, darunter eine 3D-Karte von loops und die Wechselwirkungen, die Sie förderten, waren weitgehend ein Rätsel.
3D-Genom
Die aktuelle Studie erfasst Langstrecken-Interaktionen zwischen Promotoren (DNA-Regionen, Förderung der Genexpression) und Enhancer (Regionen, die Steigerung der gen-expression) in verschiedenen Stadien der retinalen Entwicklung. Forscher auch überarbeitungen in der Genom-Organisation während der Entwicklung. Der erste Einsatz des maschinellen Lernens, um zu Messen, wie leicht zugänglich sind Gene für die Transkription. Chen führte die machine-learning-Aufwand.
Weitere highlights
Die Forschung beinhaltet auch den ersten Bericht über ein leistungsfähiges regulator der Genexpression, ein super-enhancer, arbeitete Sie in einer bestimmten Zelle in einem bestimmten Stadium der Entwicklung. Die Feststellung ist wichtig, weil die super-Enhancer können übernommen werden, in der Entwicklungs-Krebse des Gehirns und anderer Organe.
In dieser Studie, die Forscher festgestellt, dass, wenn ein Kern Regelkreises super-enhancer für die Vsx2-gen gelöscht wurde, eine ganze Klasse von Nervenzellen (bipolare Nervenzellen) eliminiert wurde. Keine anderen Mängel wurden nicht festgestellt. Löschung der Vsx2-gen bewirkt, dass viele mehr defekte in der retinalen Entwicklung, so der super-enhancer ist sehr spezifisch zu bipolaren Neuronen.
Forscher entwickelten eine genetische Mausmodell der Mangel, dass die Wissenschaftler verwenden zur Untersuchung neuronaler schaltkreise in der Netzhaut.