Los científicos han realizado un gran esfuerzo para mapear el panorama regulatorio del genoma del ratón en una resolución unicelular.
El equipo aplicó un ensayo especial que habían desarrollado previamente para perfilar una característica genómica llamada accesibilidad de cromatina.
Los investigadores estaban interesados en cómo el enrollamiento, envoltura y empaquetamiento del ADN en lo que se denomina cromatina influye en la información genética que está disponible para actuar en cada célula individual. El ADN es como cuentas en una cuerda. Se forman espacios donde el molecularlas "cuentas" se mueven para que las proteínas puedan acceder y "leer" la información genética. Ese estado es la accesibilidad a la cromatina.
En el estudio, se analizaron casi cien mil células individuales de 13 tejidos de ratones machos adultos. Los tejidos fueron: médula ósea, intestino grueso, corazón, riñón, hígado, pulmón, intestino delgado, bazo, testículos, timo, todocerebro y cerebelo y corteza prefrontal del cerebro.
Los científicos observaron 85 patrones distintos de accesibilidad a la cromatina y pudieron asignar la mayoría de estos a tipos celulares específicos. También catalogaron más de cuatrocientos mil elementos reguladores potenciales. En general, los investigadores pudieron identificar grupos de células con paisajes de cromatina similaresy luego examine este grupo para seleccionar diversos tipos de células.
Dijeron que la calidad de sus datos era variable, dependiendo en gran medida del tipo de tejido. Los datos eran de menor calidad en las células progenitoras de esperma en los testículos, porque el ADN se empaqueta de manera diferente en estas células reproductivas.
Los datos recogidos en este atlas podrían avanzar en la comprensión de las vías de desarrollo y la formación de linajes celulares. Por ejemplo, los investigadores pueden usar este recurso para comprender cómo cambia la accesibilidad de la cromatina a medida que las células formadoras de sangre inmaduras se convierten en células sanguíneas maduras con funciones específicas.
Los investigadores dicen que este atlas de accesibilidad de cromatina de una sola célula es parte de un esfuerzo continuo entre los laboratorios de todo el mundo para compilar un atlas integral de tipos de células para humanos, ratones y otras especies. El Shendure, Trapnell y los laboratorios colaboradores tienengeneró atlas relacionados para el desarrollo de gusanos y moscas.
Los métodos y hallazgos se publican el 2 de agosto en la revista Celda .
Los autores principales del estudio fueron Cole Trapnell y Jay Shendure, ambos profesores del Departamento de Ciencias del Genoma de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, y miembros del Centro de Descubrimiento Paul G. Allen para el Rastreo del Linaje Celular y Brotman BatyInstituto de Medicina de Precisión en Seattle. Shendure también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Darren A. Cusanovich, un ex becario postdoctoral, y Andrew J. Hill, un estudiante graduado, ambos trabajando en el laboratorio de Shendure, encabezaron el estudio. Cusanovich y sus colegas desarrollaron los protocolos de ensayo de indexación combinatoria unicelular críticos para esta investigación.
"Esta tecnología unicelular mide cómo se organiza el genoma en las células individuales y cómo se regulan los genes", dijo Cusanovich, ahora profesor asistente en la Universidad de Arizona. Otros estudios genéticos, señaló Hill, han demostrado que la mayoría de las variantes genéticasLas enfermedades comunes subyacentes caen en las regiones no codificantes del genoma, donde se origina el manejo de la actividad genética.
"Estas señales", dijo Shendure, "a veces parecen estar en el medio de la nada. Los científicos carecen de las herramientas para descubrir qué genes están regulando. Estos datos nos ayudan a comprender las reglas reguladoras en diferentes tipos de células".
"Investigaciones como esta proporcionan una visión de cómo los organismos complejos pueden tener una increíble variedad de tipos de células que contienen el mismo genoma de referencia", dijo Hill.
Trapnell explicó que la mayoría de los estudios anteriores han aplicado métodos genómicos a tejidos o muestras compuestas de muchos tipos de células. Sin embargo, promediar muchos tipos de células diferentes puede oscurecer lo que sucede en los tipos de células individuales.
"Estamos interesados en las propiedades genómicas de las células a nivel de una sola célula", dijo. Agregó que la mayoría de las investigaciones en esta área se han centrado en si la expresión de ciertos genes en las células está activada o desactivada, y con menos frecuencia enpor qué o cómo se activan, afinan o silencian los genes.
Los investigadores utilizaron sus datos resultantes para identificar qué partes del genoma están "abiertas" en diferentes tipos de células y qué genes regulan estos elementos. Luego se cruzaron este atlas con los resultados de los estudios de asociación de todo el genoma humano, que descubren variantes genéticascon posibles enlaces de enfermedades.
Los investigadores pudieron implicar los tipos de células que juegan un papel en muchos trastornos y rasgos humanos comunes, a pesar del hecho de que los datos del atlas celular provienen de ratones, no de personas.
Por ejemplo, la heredabilidad para la enfermedad de Alzheimer no se enriqueció en ninguna clase de células cerebrales conocidas como neuronas, sino que se enriqueció más fuertemente en microglia, que defiende el sistema nervioso. Por el contrario, los enriquecimientos más fuertes de heredabilidad para el trastorno bipolarestaban en neuronas excitadoras.
Otros rasgos examinados de esta manera incluyeron afecciones autoinmunes, niveles altos de lípidos, deficiencias de inmunoglobulina, tamaño y composición corporal, asma, fiebre del heno, ataques cardíacos, gota y una serie de otras afecciones o características.
Trabajo relacionado dirigido por investigadores de UW Medicine, publicado el 2 de agosto en célula molecular , presenta Cicero, un algoritmo llamado así por el orador romano. Este algoritmo ayuda a determinar la gramática de la regulación génica. El método aprovecha los datos de accesibilidad de la cromatina unicelular y vincula los elementos reguladores en el ADN a los genes a los que se dirigen.
El software, escrito por Hannah Pilner, una estudiante graduada en los laboratorios Trapnell y Shendure, determina cómo miles de elementos reguladores orquestan la expresión génica en las células musculares en desarrollo.
Los científicos usaron Cicero para el atlas de ratones para construir un mapa de conexiones potenciales entre elementos reguladores en cada tipo de célula. La esperanza es que este tipo de mapeo revele cómo los millones de secuencias reguladoras de ADN en el genoma controlan cómo las células realizan sufunciones especializadas
La producción de un atlas de células humanas es una tarea desalentadora, debido a la gran cantidad de células en el cuerpo y a los muchos tipos diferentes de células que se cree que existen durante la vida de un individuo. El humano adulto promedio contiene aproximadamente 37billones de células que varían en tipo, abundancia y estado de desarrollo.
Sin embargo, un progreso como el que se describe en estos documentos podría ayudar en la creación de un atlas de células humanas. Los investigadores señalaron que lo que una vez fue laborioso en lograr para un puñado de tipos de células ahora se puede hacer con resolución de una sola célulaen solo unos meses
En contraste con un humano, se cree que un ratón doméstico tiene solo alrededor de 10 mil millones de células en su cuerpo aproximadamente 0.02% tantas como en el cuerpo humano. Los humanos y los ratones se separaron de un antepasado común hace unos 75 millones de años.
A pesar de los cambios genéticos que han ocurrido desde entonces, el ratón proporciona muchas pistas sobre la salud y la enfermedad humana. Debido a la relación evolutiva, el atlas de células de ratón contribuirá a comprender cómo surgieron los tipos de células de mamíferos, incluidos los humanos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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