Генетики Гарвардского университета и Массачусетского Технологического Института проанализировали функции более 5000 генов человека, которые выполняют основные функции при клеточном делении, сплайсинге, трансляции, ремонте ДНК и других жизненно важных внутриклеточных процессах.
Группа ученых Гарвардского университета и Массачусетского технологического института систематически оценивала функции более 5000 основных генов человека. Анализ использует технологию CRISPR/Cas9 для отключения активности генов и формирует первый в своем роде ресурс для понимания и визуализации работы генов в широком спектре клеточных процессов.
Выводы группы охватывают более 31 миллиона отдельных клеток и включают количественные данные по сотням различных параметров, которые позволяют прогнозировать, как гены работают и отдельно и вместе.
Чтобы понять, что делает ген, надо его "сломать"
«Всю свою карьеру я хотел увидеть, что происходит в клетках, если основной ген отключить», — сказал Иэн Чизман, ведущий автор исследования. — «Теперь мы можем сделать это не только для какого-то одного гена, но и для любого гена, который имеет значение для деления человеческой клетки в чашке Петри".
Основные гены контролируют базовые функции, необходимые клетке для выживания (транскрипция, сплайсинг мРНК, трансляция, перенос везикул, репликация ДНК, клеточное деление и т. д.). Систематическое нарушение работы этих генов не является новой концепцией, но традиционные методы были ограничены различными факторами, включая стоимость и возможность полностью устранить активность основных генов.
Исследователи впервые разработали новую технологию генетического скрининга, которая сочетает в себе два подхода — крупномасштабный объединенный генетический скрининг с использованием CRISPR/Cas9 и визуализацию клеток для выявления как количественных, так и качественных различий.
Чизман говорит: «Если у вас есть две клетки, расположенные рядом, и у одной отключен определенный ген, вы можете эти клетки сравнить и понять, что же делал отключенный ген».
Ученые оценили функции 5072 основных генов человека.
"Отпечаток пальца" отдельного гена
В дополнение к своему основному "большому" скринингу ученые также провели меньший, сфокусированный на примерно 200 генах, участвующих в клеточном делении (митозе). Были идентифицированы гены, играющие явную роль в митозе, но ранее не связанные с этим процессом.
«Мы собрали огромное количество информации. Например, для ядра клетки важно не только то, насколько ярко оно окрашено, но и насколько оно велико, насколько оно круглое, насколько гладкие или неровные у него края", — сказал Чизмен. — «Компьютер действительно может извлекать огромное количество пространственной информации».
На основе этих богатых многомерных данных работа ученых дает своего рода клеточный биологический «отпечаток пальца» для каждого гена. Используя сложные вычислительные стратегии кластеризации, исследователи могут сравнивать эти отпечатки пальцев друг с другом и построить потенциальные регуляторные отношения между генами. Поскольку данные группы подтверждают несколько уже известных взаимосвязей, их можно использовать для уверенных прогнозов о работе генов, чьи функции и/или взаимодействия с другими генами неизвестны.