Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойБиологияРаскрытие тайн клеточной идентичности с помощью ДНК-инженерии

Раскрытие тайн клеточной идентичности с помощью ДНК-инженерии

- Advertisement -

Алгоритм LSD выделяет активно реагирующие клетки легких (зеленые). Фото: Маттиас Шмитт, Лаборатория Гарджуло, Центр Макса Дельбрюка.

Новая компьютерная программа позволяет ученым создавать синтетические ДНК сегменты, которые в режиме реального времени показывают состояние ячеек. Об этом сообщает лаборатория Гарджуло в Природные коммуникациион будет использоваться для скрининга лекарств против рака или вирусных инфекций или для улучшения генной и клеточной иммунотерапии.

Все клетки нашего тела имеют один и тот же генетический код, но при этом могут различаться по своей идентичности, функциям и болезненным состояниям. Отличие одной клетки от другой простым способом в режиме реального времени окажется неоценимым для ученых, пытающихся понять воспаления, инфекции или рак.

Теперь ученые из Центра Макса Дельбрюка создали алгоритм, который может разработать такие инструменты, которые раскрывают идентичность и состояние клеток, используя сегменты ДНК, называемые «областями синтетического локус-контроля» (sLCR). Их можно использовать в различных биологических системах. О результатах лаборатории доктора Гаэтано Гарджуло, руководителя лаборатории молекулярной онкологии, сообщается в Природные коммуникации.

«Этот алгоритм позволяет нам создавать точные инструменты ДНК для маркировки и изучения клеток, предлагая новое понимание клеточного поведения», — говорит Гарджуло, старший автор исследования. «Мы надеемся, что это исследование откроет двери для более простого и масштабируемого способа понимания клеток и управления ими».

Эти усилия начались, когда доктор Карлос Компани, бывший аспирант лаборатории Гарджуло и соавтор исследования, начал вкладывать силы в автоматизацию разработки инструментов ДНК и доступность для других ученых. Он разработал алгоритм, который может генерировать инструменты для понимания основных клеточных процессов, а также процессов заболеваний, таких как рак, воспаление и инфекции.

«Этот инструмент позволяет исследователям изучить, как клетки трансформируются из одного типа в другой. Он особенно инновационный, поскольку объединяет все важные инструкции, которые направляют эти изменения, в простую синтетическую последовательность ДНК. В свою очередь, это упрощает изучение сложного клеточного поведения в таких важных областях, как исследования рака и развитие человека», — говорит Компания.

Алгоритм создания индивидуального инструмента ДНК

Компьютерная программа называется «логический дизайн синтетической цис-регуляторной ДНК» (ЛСД). Исследователи вводят известные гены и факторы транскрипции, связанные с конкретными состояниями клеток, которые они хотят изучить, и программа использует их для идентификации сегментов ДНК (промоторов и энхансеров), контролирующих активность интересующей клетки. Этой информации достаточно, чтобы обнаружить функциональные последовательности, и ученым не обязательно знать точную генетическую или молекулярную причину поведения клетки; им просто нужно построить sLCR.

Программа просматривает геномы человека или мыши, чтобы найти места, где с высокой вероятностью могут связываться факторы транскрипции, говорит Юлия Драмарецкая, аспирантка лаборатории Гарджуло и соавтор. Он выдает список длинных последовательностей длиной 150 пар оснований, которые, вероятно, действуют как активные промоторы и усилители изучаемого состояния..

«Очевидно, что это не случайный список этих регионов», — говорит она. «Алгоритм на самом деле ранжирует их и находит сегменты, которые наиболее эффективно представляют фенотип, который вы хотите изучить».

Как лампа внутри клеток

Затем ученые смогут создать инструмент под названием «область синтетического локус-контроля» (sLCR), который включает в себя сгенерированную последовательность, за которой следует сегмент ДНК, кодирующий флуоресцентный белок. «sLCR похожи на автоматизированную лампу, которую можно поместить внутрь клеток. Эта лампа включается только в тех условиях, которые вы хотите изучить», — говорит доктор Микела Серрези, исследователь лаборатории Гарджуло и соавтор. Цвет «лампы» можно варьировать, чтобы он соответствовал различным интересующим состояниям, так что ученые могут посмотреть под флуоресцентный микроскоп и сразу узнать состояние каждой клетки по ее цвету. «Мы можем следить глазами за цветом чашки Петри, когда проводим лечение», — говорит Серрези.

Ученые подтвердили полезность компьютерной программы, применив ее для проверки на наркотики в SARS-CoV-2 инфицированные клетки, как было опубликовано в прошлом году в «Достижения науки». Они также использовали его, чтобы найти механизмы, связанные с раком головного мозга, называемым глиобластомой, при котором ни один метод лечения не работает.

«Чтобы найти комбинации лечения, которые работают для определенных состояний клеток при глиобластомах, вам нужно не только понимать, что определяет эти состояния клеток, но также нужно видеть их по мере их возникновения», — говорит доктор Маттиас Юрген Шмитт, исследователь из лабораторией Гарджуло и соавтором, который использовал инструменты в лаборатории, чтобы продемонстрировать их ценность.

Теперь представьте себе иммунные клетки, созданные в лаборатории в качестве генной терапии для уничтожения определенного типа рака. При введении пациенту не все эти клетки будут работать должным образом. Некоторые из них будут мощными, а другие могут находиться в дисфункциональном состоянии. Лаборатория Гарджуло, финансируемая за счет гранта Европейского исследовательского совета, будет использовать эту систему для изучения поведения этих деликатных противораковых клеточных терапевтических средств во время производства. «При правильном сотрудничестве этот метод имеет потенциал для улучшения лечения в таких областях, как рак, вирусные инфекции и иммунотерапия», — говорит Гарджуло.

Ссылка: «Логический дизайн синтетической цис-регуляторной ДНК для генетического отслеживания идентичности клеток и изменений состояния» Карлос Компани, Маттиас Юрген Шмитт, Юлия Драмаретска, Микела Серрези, Соня Керталли, Бен Цзян, Цзян-Ань Инь, Адриано Агуцци, Ирос Бароцци и Гаэтано Гарджуло, 5 февраля 2024 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-024-45069-6

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме