Внутреннее устройство человеческого генома может быть раскрыто с помощью новой технологии, разработанной в Корнелле.
Исследователи из Oxford Nanopore Technologies, Weill Cornell Medicine и Нью-Йоркского центра генома создали новую методику для оценки трехмерной структуры ДНК человека или того, как складывается геном, в массовом масштабе. Геном — это весь набор генетических инструкций, будь то ДНК или РНК , которые позволяют организму функционировать.
Используя этот метод, исследователи показали, что группы одновременно взаимодействующих регуляторных элементов в геноме, в отличие от пар этих элементов, могут влиять на активность клеток, в том числе на экспрессию генов. Их исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Biotechnology, может помочь прояснить связь между клеточной идентичностью и структурой генома.
Например, предыдущая технология для изучения трехмерной структуры генома позволяла исследователям исследовать, как часто два локуса или физические участки генома взаимодействуют друг с другом. Традиционно были обнаружены пары локусов, известные как энхансеры и промоторы — компоненты генома, которые взаимодействуют друг с другом для контроля экспрессии генов.
Информация об этих парах дает неполное представление о структуре и функциях генома. Например, связать паттерн укладки с тем, как геном кодирует специфическую клеточную идентичность, такую как печень, легкие или эпителиальная клетка, было сложно, сказал доктор Имелиньски, который также является членом Института точной медицины и медицины Ингландера.
Доктор Имиелиски и его исследовательская группа, в которую входил первый автор Адитья Дешпанде, недавний выпускник трехинституциональной докторской степени. Программа вычислительной биологии и медицины, работавшая в лаборатории доктора Имелиски, создала новый полногеномный анализ и алгоритм, который позволяет им изучать группы локусов, а не только пары.
Они адаптировали Hi-C (захват конформации хроматина), стандартный подход, который оценивает комбинацию ДНК и белка для оценки трехмерной структуры генома, для секвенирования нанопор или высокопроизводительного секвенирования длинных непрерывных цепей молекул ДНК. Новый тест, названный Pore-C, позволил исследователям изучить десятки миллионов трехмерных кластеров локусов.
Они также разработали статистические методы для определения того, какие группы локусов важны, исходя из того, взаимодействуют ли они совместно, чтобы влиять на экспрессию генов. «Многие трехмерные взаимодействия генома не важны», — сказал доктор Имелиньски. «Наши аналитические методы помогают нам определить приоритеты групповых взаимодействий, которые могут иметь значение для функции генома». В качестве ключевого результата исследования исследователи обнаружили, что наиболее значимые кооперативные группы элементов ДНК возникают вокруг генов, связанных с клеточной идентичностью.
В будущих экспериментах будет изучено, какие конкретные группы геномных компонентов необходимы для различных аспектов клеточной идентичности. Новая технология может также помочь исследователям понять, как стволовые клетки, незрелые, главные клетки организма, дифференцируются в различные типы клеток.