Секвениране на генома in-situ, метод, който анализира структурата и последователността на генома в отделни клетки

Изследователи от Института за мозъчни изследвания McGovern, Харвардския университет, Института по технология на Масачузетс и Института Broad разработиха нова техника, която комбинира геномно секвениране с микроскопия и позволява да се определи директно как се разпололага геномът във вътрешността на клетките.

Вътре в клетките геномът е нещо повече от ДНК последователност. Тяхната триизмерна организация осигурява допълнително ниво на функционална сложност, при което регионите, които са далеч един от друг по отношение на хромозомното разстояние, могат да бъдат близки пространствено и да допринесат за правилната експресия на гените в точното време и доза.

Екипите от Института за мозъчни изследвания McGovern, Харвардския университет, Института по технология на Масачузетс и Института Broad работиха заедно, за да разработят подход, който постига визуализиране на организацията на генома и получаване на неговата последователност в една и съща клетка, което предлага интересни възможности за биологично изследване. “По какъв начин структурата определя функцията е една от централните теми на биологията”, посочва Ed Boyden, преподавател по невротехнология в Института по технология на Масачузетс. “И историята на биологията ни казва, че когато реално можеш да видиш нещо, тогава можеш да постигнеш голям напредък”.

Новата аналитична техника, наречена "секвениране на генома на място (in situ)", произлиза от една сходна стратегия за анализ на РНК и се състои от няколко етапа, които започват с фиксиране на клетките върху стъклени повърхности, за да се запази структурата им по време на работата. През първия етап се вмъкват малки ДНК адаптори, които функционират като маркери по цялото протежение на генома на клетката и се прави разширяване (усилване) на фрагментите, ограничени от маркерите в пространствен контекст където се намират. Втората фаза комбинира in situ секвениране на хилядите маркирани амплифицирани фрагменти, генерирани в предишната фаза (в съответното им местоположение) с флуоресцентно засичане на това секвениране. И накрая, амплифицираните фрагменти се възстановяват в епруветка и се използват масивни техники за секвениране за подробен анализ на ДНК последователностите на различните фрагменти от генома. Чрез кръстосване на информацията за местоположението, получена при първото секвениране, с геномния анализ във второто, изследователите могат да изготвят триизмерна карта на това как е организиран геномът на клетката.

 

Триизмерна визуализация на бащините и майчини геноми (с всяка хромозома с различен цвят) през първото деление на зиготата. Снимка: https://buenrostrolab.shinyapps.io/insituseq/

Като доказателство за концепцията изследователите са използвали стратегията за визуализиране на генома в човешки фибробласти и в ранни миши ембриони. В тези, последните, те са успели да изследват промените в бащиния и майчиния геном в първото клетъчно делене на зиготата и са открили модели на хромозомна организация, които се пренасят частично от клетките към техните дъщерни клетки чрез деленето. Изследователите предполагат, че тази хромозомна пространствена памет може да повлияе на процеси, които влияят върху жизнеспособността и фенотипа на развиващия се организъм.

В момента стратегията е ограничена поради това, че нейната резолюция не е достатъчно висока, за да се изследват генетичните позиции в определени клетки. Изследователите обаче са уверени, че с някои подобрения, геномното секвениране in situ, ще бъде в състояние да даде тласък на изследването на функцията и структурата на генома. За момента екипът направи метода и свързания с него софтуер достъпен за други заинтересовани лаборатории. И данните, получени в проучването, могат да бъдат наблюдавани в: https://buenrostrolab.shinyapps.io/insituseq/

Referencia: Payne AC, et al. In situ genome sequencing resolves DNA sequence and structure in intact biological samples. Science. DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.aay3446

Fuente: Sequencing inside cells. https://mcgovern.mit.edu/2020/12/31/sequencing-inside-cells/

Автор: Amparo Tolosa, Genotipia

Превод от испански: Лиляна Петрова

Източник: https://genotipia.com/genetica_medica_news/secuenciacion-del-genoma-in-situ/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_term=https%3A%2F%2Fgenotipia.com%2Fgenetica_medica_news%2Fsecuenciacion-del-genoma-in-situ%2F&utm_content&utm_campaign=Hoy+en+Genotipia+26012021