基因如何相互作用以構(gòu)建組織和生物體

盡管近幾十年來我們對人體細(xì)胞和組織的了解已經(jīng)穩(wěn)步增加，但許多事情仍然未知。例如，細(xì)胞存在于短暫的動態(tài)狀態(tài)，理解它們是破譯疾病和找到治療方法的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)室中用于研究細(xì)胞類型的經(jīng)典技術(shù)面臨限制，并且不能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞功能的精細(xì)細(xì)節(jié)。

為克服這一障礙，由Holger Heyn領(lǐng)導(dǎo)的西班牙巴塞羅那基因組調(diào)控中心(CRG)的國家基因組分析中心(CNAG-CRG)的一組科學(xué)家開發(fā)了一種新的計(jì)算工具，基于數(shù)學(xué)圖論，用于推斷健康和病理器官的全球大規(guī)模調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，例如那些受糖尿病或阿爾茨海默病影響的器官。研究人員能夠確定與器官功能和疾病潛在驅(qū)動因素相關(guān)的基因。他們將在最新一期的基因組生物學(xué)雜志上發(fā)表他們的研究結(jié)果。

“我們以前開發(fā)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)工具對于發(fā)現(xiàn)未知細(xì)胞類型非常有用，”CNAG-CRG的高級博士后研究員，該研究的第一作者Giovanni Iacono說。“這些工具使我們能夠描述細(xì)胞的新類型和亞型，具有獨(dú)特的生物學(xué)作用和等級關(guān)系，”他補(bǔ)充道。

到目前為止，已經(jīng)使用單細(xì)胞分析來了解細(xì)胞類型及其在組織內(nèi)的功能。“像人類細(xì)胞圖譜項(xiàng)目這樣的大型聯(lián)盟產(chǎn)生了整個生物體的單細(xì)胞圖譜，需要復(fù)雜的分析策略將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為破壞性的生物學(xué)和臨床見解，”單細(xì)胞基因組學(xué)小組負(fù)責(zé)人Holger Heyn說。 CNAG-CRG和該文章的高級作者。

這個科學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在開發(fā)的工具將使他們更進(jìn)一步，看看基因如何相互作用形成組織。“我們的工具試圖準(zhǔn)確地解決控制細(xì)胞形態(tài)和功能的調(diào)節(jié)過程，”Iacono強(qiáng)調(diào)說。

該工具基于圖論，這是一種抽象的數(shù)學(xué)模型，其中有通過邊連接的節(jié)點(diǎn)。一旦有了圖形，結(jié)構(gòu)，就可以衡量每個節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)的重要性。在這種情況下，每個節(jié)點(diǎn)都是一個基因，重要性被定義為該基因的功能是所研究的生物系統(tǒng)的關(guān)鍵。

CNAG-CRG研究人員處理了來自成千上萬個細(xì)胞的數(shù)據(jù)集，以推斷驅(qū)動細(xì)胞表型形成及其各自功能的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。他們運(yùn)用他們的工具研究2型糖尿病和阿爾茨海默病，并且能夠找到與這些疾病相關(guān)的功能變化。重要的是，這為尋找新的藥物目標(biāo)打開了大門。

“我們開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分析超越了目前應(yīng)用的方法，可以深入了解基因活動如何塑造組織和器官。這對于了解這些網(wǎng)絡(luò)被破壞的疾病以及找到他們的”阿基里斯高跟鞋“進(jìn)行有效治療至關(guān)重要。海恩。

該工具可能適用于任何疾病，從阿爾茨海默氏癥到慢性淋巴細(xì)胞白血病。“我們將應(yīng)用我們的工具為許多疾病提出新的靶基因，然后可以在進(jìn)一步研究中得到驗(yàn)證。” Iacono說。