La tecnología CRISPR mapea todas las funciones de los genes humanos

Investigadores del Instituto Whitehead han creado el primer mapa informativo de genotipo-fenotipo que revela una imagen multidimensional de la función genética y celular. Al realizar Perturb-seq en todo el genoma (pantallas basadas en CRISPR con lecturas de secuenciación de ARN de una sola célula) dirigidas a todos los genes expresados ​​en millones de células humanas, Jonathan Wiseman, PhD, y sus colegas mapearon los efectos transcripcionales de los trastornos genéticos para predecir la función de los genes en todo el genoma.

Este artículo presenta un plan para crear y analizar mapas ricos en genotipos y fenotipos que sirvan como impulso para la exploración sistemática de funciones genéticas y celulares. «Creo que este conjunto de datos permitirá todo tipo de análisis en los que no habíamos pensado hasta ahora por parte de personas que provienen de otras partes de la biología, y de repente tienen esto disponible para aprovechar», dijo Tom Norman, Ph. .D., ex postdoctorado en Weissman Lab. y coautor del artículo.

Los resultados han sido publicados en célula En un artículo titulado «Mapeo de un paisaje informativo de genotipo-fenotipo con una escala de genoma Perturb-seq.. Los datos están disponibles para que otros científicos los utilicen en el sitio web de Weissman Lab.

Hay algunas preguntas más fundamentales en genética y otros campos de la biología que «¿Qué hace cada gen?» Los investigadores han eliminado este problema durante décadas, primero diseccionando los genes individuales de desarrollos recientes con enfoques genómicos integrales como Perturb-seq, aunque a escalas limitadas.

dijo Weissman, profesor de biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) e investigador en el Instituto Médico Howard Hughes. «Pero a veces, cuando eliminas un gen, las diferentes células que pierden el mismo gen se comportan de manera diferente y el medio puede perder ese comportamiento».

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Los investigadores de Whitehead dieron la vuelta a este concepto y utilizaron Perturb-seq para revelar una imagen multidimensional del comportamiento celular, la función genética y las redes reguladoras. El mapa masivo de Perturb-seq es posible gracias al trabajo fundacional de Joseph Ribogel, estudiante de medicina en el laboratorio de Wiseman y coautor principal de este artículo.

Los mapas fenotípicos integrales han permitido el descubrimiento de funciones genéticas y la disección de fenotipos celulares, desde el empalme de ARN hasta la diferenciación y la inestabilidad cromosómica (CIN). Este enfoque allanó el camino para el primer análisis de todo el genoma de los factores necesarios para la correcta segregación del ADN. De esta manera, dijo Norman, este enfoque es muy aplicable para estudiar un estudio de aneuploidía porque captura un fenotipo que solo se puede obtener con una lectura de una sola célula.

Los mapas de fenotipos del genoma pudieron abrir la pregunta de por qué las mitocondrias todavía tienen su propio ADN. El análisis reveló cómo el ADN nuclear y mitocondrial se coordinan y organizan en diferentes condiciones celulares, especialmente cuando la célula está estresada. «El panorama general de nuestro trabajo es que uno de los beneficios de tener un genoma mitocondrial separado puede ser que exista una regulación epigenética local o altamente específica en respuesta a diferentes tensiones», dijo Riplogl.

Estos hallazgos son solo el comienzo de lo que pueden revelar los mapas de genotipos y fenotipos, un tremendo recurso que permite a los investigadores ingresar y realizar investigaciones basadas en descubrimientos. «En lugar de predeterminar la biología que vas a observar, tienes este mapa de las relaciones entre el genotipo y el fenotipo, y puedes entrar y examinar la base de datos sin tener que hacer ningún experimento», dijo Wiseman.

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Para concluir el artículo, Wiseman y sus colegas enfatizan que las pantallas CRISPR de una sola célula requieren solo una fracción de la cantidad de células utilizadas en otros enfoques y, por lo tanto, son muy adecuadas para estudiar células derivadas de iPSC y muestras in vivo. En la actualidad, el costo es la principal limitación de las pantallas CRISPR de una sola celda. Hasta este punto, los experimentos recientes del estudio han involucrado la secuenciación de algunas bibliotecas a escala del genoma en una plataforma de secuenciación de bajo costo y alto rendimiento desarrollada por Ultima Genomics, generando resultados equivalentes a los de la secuenciación en los instrumentos Illumina.

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