Yeni Yöntem Tek Bir Hücrenin 3B Genom Yapısını Aydınlatıyor

Longzhi Tan, genomumuzun üç boyutlu yapısını görselleştirmemize izin veren bir yaklaşım geliştirme konusundaki çalışmaları nedeniyle Genç Bilim Adamları Bilim ve SciLifeLab Ödülü'nün 2019 Büyük Ödülü'nü kazandı.

Yeni Yöntem Tek Bir Hücrenin 3B Genom Yapısını Aydınlatıyor
Tan'ın algoritması, 3D yapısını belirlemek için insan kromozom çiftlerini tanımlamanın "diploid problemini" çözmede yardımcı olur. | Jane Ades / NIH Medya Bankası

Longzhi Tan, genomumuzun üç boyutlu yapısını görselleştirmemize izin veren bir yaklaşım geliştirme konusundaki çalışmaları nedeniyle Genç Bilim Adamları Bilim ve SciLifeLab Ödülü'nün 2019 Büyük Ödülü'nü kazandı.

Yeni yöntem olarak adlandırılan Dip-C, tüm çekirdekten tek tek kromatin halkalarına kadar uzanan hücresel bileşenlerin yapılarını, gen ifadesinde farklı olan alellere doğru aydınlatabilir - sonuçta, 3D yapısı ile çeşitli hücresel işlev arasındaki yakın ilişkiyi ortaya çıkarır.

Bilim editörü Valda Vinson, "İnsan genomunun dizilimini elde etmek bir dönüm noktası başarısıydı, ancak genomun farklı bir şekilde okunmasıyla insan hücrelerinin farklı işlevlere sahip olduğunu çözmemiz kaldı." Dedi. “Genomun organizasyonunun kilit bir rol oynadığı açıklandı ve [Tan] bize bunun nasıl gerçekleştiğine dair yeni bir görünüm verdi.”

3B genomunu düzenleyen genler, zihinsel engellerde, otizmde, şizofrenide ve birçok kanser türünde sıkça bozulduğundan, Dip-C'nin sunduğu bilgiler, bilim insanlarının hem temel biyoloji hem de insan sağlığı hakkındaki anlayışlarını artırabilir.

İnsan genomunun tamamı - yaklaşık olarak üç milyar baz çift nükleotit sarmal olarak sarılmış ve iplik benzeri kromozomlara sarılmış - her insan hücresinin çekirdeği içine düzgün bir şekilde paketlenmiştir. Açılmamış ve baştan sona gerilmiş, uzunluğu altı ayağından fazla olacaktır.

İnsan genetik kodu on yıldan daha uzun bir süre önce kırılsa da, bilim adamları bu moleküllerin 10 mikrondan biraz daha küçük tek bir hücresel yapıya uyacak şekilde nasıl katlandıklarını anlamaya başlamışlardı. Tenis topu.

Bu arayışlar sayesinde, genom dizisinin ötesinde, moleküllerin üç boyutlu yapılarının ayrı ayrı hücrelerde gen ekspresyonunun düzenlenmesinde çok önemli bir rol oynadığı açıkça anlaşılmaktadır.

Bu üç boyutlu yapıların insanlarda incelenmesi karmaşıktır. Tan'ınkine benzer önceki sıralama yöntemleri, sadece tek bir kromozom seti içeren haploid hücreler ile sınırlandırılmıştır. Bununla birlikte, insan hücrelerinin büyük çoğunluğu diploiddir - bunlar her bir ebeveynden biri ve birbirinden neredeyse ayırt edilemeyen iki tam kromozom seti içerir.

Tan, "İki kopyayı 3B yapılarını çözmek için birbirinden ayırmanın daha önce imkansız bir görev olduğu düşünülüyordu" dedi.

"Diploid problemi" ni çözmek için, Stanford Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırma görevlisi olan Tan, kromozomların bir hücrede ayrılma yöntemine dayanan bir algoritma geliştirdi. Bireysel kromozomların ortak orijinli ebeveynini kesin olarak etkiler.

Tan, “Algoritmamızla, her hücrede 46 kromozomun güzel bir 3B resmini oluşturabiliyoruz” dedi.

Bir hücrede kromozom yapısını görselleştirmenin yanı sıra, yaklaşım, Tan'ın önceden bilmeden farklı hücreleri ayırt etmesine izin verdi.

Tan, “Her hücre farklı bir 3B genom yapısına sahiptir. Sadece bu yapıyı bilmenin hücre tipini ve sonuç olarak biyolojik fonksiyonlarını anlayabildiğini gördük” dedi. Tek hücreli "yapı tipi" yeteneği, Dip-C'yi, geniş kapsamlı bir hücre atlasının grafiklendirilmesinde yararlı olan, büyüyen tek hücre araçlarının listesine koyar.

Bilim'in 22 Kasım sayısında görünen ödüllü makalesinde, Tan, farede kokunun yapısal temelinin daha önce belirsiz olan yönlerini nasıl aydınlatabildiğini göstererek teste yeni yöntemini koyuyor.

İnsanlar gibi, fare genomu diploiddir. Bir farenin burnunda, uzman nöronlar, 17 farklı kromozomu kapsayan yaklaşık 1100 reseptör geninin toplandığı özel koku alma reseptörlerini ifade ederek kokuları algılar. Bununla birlikte her bir nöron, diğerlerini sustururken tek bir reseptörü eksprese edebilmektedir. Bu şekilde, tek nöronlar belirli bir koku alt grubunu algılarlar.

Dip ve C kullanarak, Tan ve arkadaşları fare kokuları boyunca tüm koku alıcı reseptör genlerini ve bunların geliştiricilerini haritalandırdılar ve gelişim sırasında kromozom organizasyonunun değiştiğini ve koku alıcı reseptör genlerinin ve kuvvetlendiricilerin eşsiz yapısının farelerin "bir nöronunun temeli olduğunu gösterdi tek alıcı "koku alma yaklaşımı.

SciLifeLab Ödülü, şimdi yedinci yılında, çığır açan yaşam bilimleri araştırması yapan ve 30.000$ 'lık büyük ödül ödülü içeren umut verici erken kariyer bilimcilerini kabul ediyor. 2019 ödülü kategorileri Hücre ve Moleküler Biyoloji; Genomik, Proteomik ve Sistem Biyolojisi; Ekoloji ve Çevre; ve Moleküler Tıp. Ödül, İsveç'teki ileri moleküler yaşam bilimleri ve Bilim dergisi olan ulusal bir merkez olan SciLifeLab (Science for Life Laboratory) tarafından düzenlenmektedir. Ödül, ayrıca, İsveç'teki en büyük özel araştırma finansmanı olan Knut ve Alice Wallenberg Vakfı'nın, özellikle doğa bilimleri, teknoloji ve tıp konularında fon sağlayan cömert destek ile de mümkün.

“SciLifeLab'ın bu genç bilim ödülünü Science ve Knut ve Alice Wallenberg Vakfı ile tekrar bir araya getirmesi büyük bir zevk. Ödül kazanan olarak seçilen dört bilim adamı, kendi alanlarında dikkat çekici ve çığır açan keşifler yaptılar. Çalışmalarını ve düşüncelerini kısa bir kompozisyonda yoğunlaştırma becerisi. Bu yazılar, Science dergisinin editörleri tarafından yürütülen son derece rekabetçi bir hakem değerlendirmesinde başarılı oldular. "dedi, SciLifeLab'ın direktörü Olli Kallioniemi. "Ödül kazananları tebrik ediyor, Aralık ayında Stockholm'de konferanslarını vermek, festival ödül törenlerine katılmak ve SciLifeLab topluluğuyla bilimsel tartışmalara katılmak için onları bekliyoruz."

2019 ödülü ayrıca, makaleleri Science dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanacak üç kategori kazananını da tanımaktadır. Tan ve diğer kazananların ek yorumlarını içeren bir podcast 22 Kasım'da satışa sunulacak.

2019 Büyük Ödül Kazanan:

Longzhi Tan: “ Tek Bir Hücrenin Üç Boyutlu Genom Yapısı ” adlı makalesi için. Tan lisans derecesini Massachusetts Institute of Technology'den fizik ve Harvard University'den doktora derecesiyle aldı. Tan, Stanford Üniversitesi'nde doktora sonrası bir araştırmacıdır ve araştırması, 3D genom yapısını ve bireysel insan hücre tiplerinin farklı fonksiyonlarındaki rolünü anlama üzerine odaklanmıştır.

2019 Kategori Kazananlar:

Barbara Klump: Ekoloji ve çevre konusundaki denemesi için, " Alet Kullanarak Kargaları, Kültürü ve İnsan Olmanın Anlamı ." Klump, Diplom-Biyolojik bölümünü Heidelberg Üniversitesi'nden ve doktora derecesinden aldı. Andrews Üniversitesi'nden. Klump, hayvan bilişini araştırdığı ve bir tür ekolojisinin ve sosyal yapısının doğal davranışlarını nasıl şekillendirdiği Max Planck Ornitoloji Enstitüsü'nde doktora sonrası bir araştırma görevlisidir.

Humsa Venkatesh : Moleküler tıp konusundaki denemesi için " Kanser Sinirleri Yönetmeliği ". Venkatesh, lisans derecesini California Üniversitesi, Berkeley ve Ph.D. Stanford Üniversitesi'nden. Venkatesh, Stanford'da doktora sonrası bir araştırma görevlisidir ve araştırmasının, kanserlerin büyümelerini teşvik etmek için sinir ağlarının aktivitesini nasıl kullandığını ortaya çıkarmayı hedeflediğini ortaya koymaktadır.

Zibo Chen : Hücre ve moleküler biyoloji konusundaki denemesi için " DNA Base Paring'in Protein Sürümünü Oluşturma ". Chen lisans derecesini Singapur Ulusal Üniversitesi'nden ve Doktora derecesinden aldı. Washington Üniversitesi'nden. Chen, California Institute of Technology'de doktora sonrası bir bilim adamı olup, yeni tasarlanmış proteinleri kullanarak sentetik devreler kurmaya odaklanmaktadır.