Automatische Übersetzung anzeigen
Dies ist eine automatisch generierte Übersetzung. Wenn Sie auf den englischen Originaltext zugreifen möchten, klicken Sie hier
#Neues aus der Industrie
{{{sourceTextContent.title}}}
Forscher gehen über die Sequenzierung hinaus und erstellen ein 3D-Genom
{{{sourceTextContent.subTitle}}}
Wie Piraten auf Schatzsuche haben Wissenschaftler des St. Jude Children's Research Hospital die erste 3D-Karte eines Mausgenoms erstellt und damit wissenschaftliches Gold entdeckt. Das Gold beinhaltet Einblicke aus dem maschinellen Lernen in die genomische Organisation und Funktion während der Entwicklung. Die Forschung erschien am 4. September in der Zeitschrift Neuron.
{{{sourceTextContent.description}}}
"Das Verständnis der Art und Weise, wie Zellen ihr Genom während der Entwicklung organisieren, wird uns helfen, ihre Fähigkeit zu verstehen, auf Stress, Verletzungen und Krankheiten zu reagieren", sagte Michael Dyer, PhD, Vorsitzender des St. Jude Department of Developmental Neurobiology und Howard Hughes Medical Institute Forscher. Er und Xiang Chen, PhD, stellvertretendes Mitglied des St. Jude Department of Computational Biology, sind die entsprechenden Autoren.
Im Mittelpunkt der Forschung standen lichtsensorische Stabzellen in der Netzhaut der Maus. Mehr als 8.000 Gene werden während der Netzhautentwicklung ein- und ausgeschaltet. Tausende von regulatorischen Regionen im gesamten Genom spielen ebenfalls eine Rolle. Die Forscher nutzten die so genannte Ultra-Tief-Chromosomen-Konformationserfassung oder Hi-C-Analyse, um diese Wechselwirkungen in Maus-Stabzellen abzubilden.
Bisher konzentrierte sich die 3D-Genomik vor allem auf das Verständnis der Regulation bestimmter Gene und arbeitete mit im Labor wachsenden Zellen.
Mit Hilfe der integrierten Analyse von Daten aus einer Vielzahl von Quellen und dem maschinellen Lernen zeigten die Forscher, dass sich die genomische Organisation in verschiedenen Entwicklungsstadien überraschend verändert hat. "Diese Veränderungen sind nicht zufällig, sondern Teil des Entwicklungsprogramms der Zellen", sagte Dyer.
Dyer und seine Kollegen haben den gleichen Ansatz verwendet, um eine 3D-Genomikkarte des Kleinhirns der Maus zu erstellen, einer Gehirnstruktur, in der sich ein Medulloblastom entwickeln kann. Das Medulloblastom ist der häufigste bösartige pädiatrische Hirntumor.
Verpackung
Das menschliche Genom ist in den 3 Milliarden chemischen Basen der menschlichen DNA kodiert. Seitdem das erste menschliche Genom 2003 vollständig sequenziert wurde, haben Forscher die Technologie genutzt, um vererbte oder erworbene genomische Veränderungen zu identifizieren und zu untersuchen, die zu Krebs und anderen Krankheiten führen.
Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist über ihre gesamte Länge gestreckt und misst etwa einen Meter lang. Um zu funktionieren, wird die DNA in ein mikroskopisches Bündel verpackt, das in den Zellkern passt. Die daraus resultierenden DNA-Schleifen können ansonsten entfernte Bereiche des Genoms zusammenführen. Wichtige Details, darunter eine 3D-Karte der Schleifen und die von ihnen geförderten Interaktionen, waren weitgehend ein Rätsel.
3D-Genom
Die aktuelle Studie erfasste Fernwirkungen zwischen Promotoren (DNA-Regionen, die die Genexpression fördern) und Enhancern (Regionen, die die Genexpression erhöhen) in verschiedenen Phasen der Netzhautentwicklung. Die Forscher verfolgten auch Veränderungen in der Genomorganisation während der Entwicklung. Dazu gehörte auch der erste Einsatz von maschinellem Lernen, um festzustellen, wie leicht zugängliche Gene für die Transkription sind. Chen leitete die Bemühungen zum maschinellen Lernen.
Weitere Highlights
Die Forschung beinhaltete auch den ersten Bericht über einen starken Regulator der Genexpression, einen Superverstärker, der in einer bestimmten Zelle in einem bestimmten Entwicklungsstadium arbeitete. Der Befund ist wichtig, weil Super-Verstärker bei Entwicklungsgeschwüren des Gehirns und anderer Organe entführt werden können.
In dieser Studie stellten die Wissenschaftler fest, dass, wenn ein Kernregulator-Super-Enhancer für das Vsx2-Gen gelöscht wurde, eine ganze Klasse von Neuronen (bipolare Neuronen) eliminiert wurde. Weitere Mängel wurden nicht festgestellt. Die Deletion des Vsx2-Gens verursacht viel mehr Defekte in der Netzhautentwicklung, so dass der Super-Enhancer sehr spezifisch für bipolare Neuronen ist.
Forscher entwickelten ein genetisches Mausmodell des Defekts, mit dem Wissenschaftler neuronale Schaltkreise in der Netzhaut untersuchen.
Über St. Jude Cloud, eine Online-Ressource für den Cloud-basierten Datenaustausch, stehen den Forschern weltweit Studiendaten und ein Lehrvideo zur Verfügung.