Al igual que los piratas en una búsqueda del tesoro, los científicos del Hospital de Investigación Infantil St. Jude crearon el primer mapa 3D de un genoma de ratón y lo usaron para descubrir oro científico. El oro incluye información del aprendizaje automático sobre la organización genómica y la función durante el desarrollo.la investigación aparece hoy en la revista neurona .
"Comprender la forma en que las células organizan sus genomas durante el desarrollo nos ayudará a comprender su capacidad para responder al estrés, las lesiones y las enfermedades", dijo Michael Dyer, Ph.D., presidente del Departamento de Neurobiología del Desarrollo de St. Jude y HowardInvestigador del Instituto Médico Hughes. Él y Xiang Chen, Ph.D., miembro asistente del Departamento de Biología Computacional de St. Jude, son los autores correspondientes.
La investigación se centró en las células de varilla sensibles a la luz en la retina del ratón. Más de 8,000 genes se activan o desactivan durante el desarrollo de la retina. Miles de regiones reguladoras en todo el genoma también juegan un papel. Los investigadores utilizaron tecnología llamada conformación de cromosomas ultraprofundacaptura o análisis Hi-C para mapear esas interacciones en células de barra de ratón.
Anteriormente, la genómica 3D se ha centrado principalmente en comprender la regulación de genes específicos y ha trabajado con células que crecen en el laboratorio.
Utilizando el análisis integrado de datos de una variedad de fuentes y aprendizaje automático, los investigadores mostraron que la organización genómica cambió de manera sorprendente en diferentes etapas del desarrollo. "Estos cambios no son aleatorios, sino parte del programa de desarrollo de las células", dijo Dyer.
Dyer y sus colegas han utilizado el mismo enfoque para crear un mapa genómico en 3D del cerebelo del ratón, una estructura cerebral donde puede desarrollarse el meduloblastoma. El meduloblastoma es el tumor cerebral pediátrico maligno más común.
Embalaje
El genoma humano está codificado en los 3 mil millones de bases químicas del ADN humano. Desde que el primer genoma humano fue completamente secuenciado en 2003, los investigadores han utilizado la tecnología para identificar y estudiar alteraciones genómicas heredadas o adquiridas que conducen al cáncer y otras enfermedades.
Estirado en toda su longitud, el ADN de una sola célula humana mide aproximadamente 6 pies de largo. Para funcionar, el ADN está empaquetado en un paquete microscópico que se ajusta al núcleo de las células. Los bucles de ADN resultantes pueden reunir regiones de lo contrario distantesgenoma.Los detalles clave, incluido un mapa 3D de bucles y las interacciones que fomentaron, fueron en gran medida un misterio.
genoma 3D
El estudio actual capturó interacciones a larga distancia entre promotores regiones de ADN que promueven la expresión génica y potenciadores regiones que aumentan la expresión génica en diferentes etapas del desarrollo de la retina. Los investigadores también rastrearon los cambios en la organización del genoma durante el desarrollo.uso del aprendizaje automático para medir la facilidad de acceso de los genes para la transcripción. Chen lideró el esfuerzo de aprendizaje automático.
Aspectos destacados adicionales
La investigación también incluyó el primer informe de un poderoso regulador de la expresión génica, un súper potenciador, que funcionó en una célula específica en una etapa específica de desarrollo. El hallazgo es importante porque los súper potenciadores pueden ser secuestrados en los cánceres de desarrollo del cerebroy otros órganos.
En este estudio, los científicos determinaron que cuando se eliminó un super potenciador del circuito regulador central para el gen Vsx2, se eliminó una clase completa de neuronas neuronas bipolares. No se identificaron otros defectos. La eliminación del gen Vsx2 causa muchosmás defectos en el desarrollo de la retina, por lo que el súper potenciador es altamente específico para las neuronas bipolares.
Los investigadores desarrollaron un modelo genético de ratón del defecto que los científicos están utilizando para estudiar los circuitos neuronales en la retina.
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Materiales proporcionado por Hospital de investigación infantil St. Jude . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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