Nowa mapa pokazuje powiązania każdego genu z jego funkcją

Joseph Replogle z MIT i jego współpracownicy zaprezentowali kompleksową funkcjonalną mapę genów ulegających ekspresji w ludzkich komórkach. Ich szczegółowe ustalenia w tej sprawie zostały opisane na łamach Cell.

Wymierny udział w badaniach miało narzędzie CRISPR, które zostało wynalezione w 2009 roku. Zapewnia ono łatwiejszy, szybszy, tańszy i dokładniejszy sposób edycji genów niż wcześniej stosowane metody. W tym przypadku pomocna okazała się też metoda Perturb-seq, która umożliwia śledzenie wpływu włączania i wyłączania genów z niespotykaną wcześniej dokładnością.

Czytaj też: Masz niedobór witaminy D? Pomogą Ci genetycznie modyfikowane pomidory

I choć pierwsze informacje na jej temat pojawiły się już w 2016 roku, to ówcześnie można ją było stosować tylko w odniesieniu do niewielkich zestawów genów i przy wysokich kosztach. Replogle i reszta zespołu badawczego wykorzystał to narzędzie do sekwencjonowania pojedynczych komórek, co umożliwiło analizowanie każdego genu w ludzkim genomie i połączenie go z jego funkcją w komórce.

Perturb-seq wykorzystuje edycję genomu CRISPR-Cas9 do wprowadzania zmian genetycznych w komórkach. Następnie używa sekwencjonowania jednokomórkowego RNA do przechwytywania informacji o RNA, które ulega ekspresji w wyniku wybranej zmiany genetycznej. Jako że RNA kontroluje wszystkie aspekty funkcjonowania komórek, to takie podejście mogłoby ułatwić rozszyfrowywanie wielu następstw komórkowych zmian genetycznych.

Wykorzystując linie komórkowe raka krwi oraz komórki nienowotworowe pochodzące z siatkówki, naukowcy użyli metody Perturb-seq w odniesieniu do ponad 2,5 miliona komórek. Skorzystali z zebranych danych by stworzyć kompleksową mapę wiążącą genotypy z fenotypami. Możliwość skupienia się na pojedynczych komórkach dała im możliwość przyjrzenia się bardziej złożonym fenotypom.

Czytaj też: Na ratunek różnorodności genetycznej ludzi. Naukowcy mają na to sposób

Jednym z zastosowań opisywanego podejścia okazało się zbadanie reakcji mitochondriów na stres. W obrębie jądrowego DNA około 1000 genów jest w jakiś sposób związanych z funkcjonowaniem mitochondriów. Jak przyznaje Replogle, od dawna interesowano się tym, w jaki sposób DNA jądrowe i mitochondrialne są zarządzane w różnych warunkach komórkowych, zwłaszcza gdy komórka jest poddana stresowi. W toku badań naukowcy odkryli, iż celowe zaburzanie działania różnych genów związanych z mitochondriami sprawiało, że genom jądrowy reagował podobnie na wiele różnych zmian genetycznych. Reakcje genomu mitochondrialnego okazały się natomiast znacznie bardziej zmienne.