O tehnologie inovatoare cartografiază interacțiunile ADN-proteină la nivel celular
O nouă tehnologie permite cercetătorilor să mapaze, la nivelul celulelor individuale, locurile de legare ale factorilor de transcripție și altor proteine de reglare care controlează activitatea genelor, conform unui studiu condus de cercetători de la Weill Cornell Medicine și New York Genome Center.
Această tehnologie, denumită „D&D-seq”, utilizează anticorpi pentru a aduce o enzimă de editare a ADN-ului aproape de o proteină țintă, permițând cercetătorilor să înregistreze locurile unde această proteină interacționează cu ADN-ul. Studiul care descrie tehnica a fost publicat pe 4 iunie în revista Cell și demonstrează că depășește principalele dezavantaje tehnice ale metodelor actuale utilizate pentru cartografierea interacțiunilor ADN-proteină, fiind prima de acest tip care poate fi ușor încorporată în fluxuri de lucru „multi-omics” de înaltă capacitate pentru celule individuale.
„Multe cercetări au fost împiedicate pentru că nu aveam instrumentele potrivite pentru a mapaza interacțiunile ADN-proteină în celulele individuale; acum că avem un astfel de instrument, entuziasmul este enorm—este cu adevărat un avans tehnologic fundamental”, a declarat coautorul principal al studiului, Dr. Dan Landau, profesor Bibliowicz Family de Medicină și membru al Sandra și Edward Meyer Cancer Center și al Englander Institute for Precision Medicine de la Weill Cornell. Dr. Landau este, de asemenea, membru al facultății de bază a New York Genome Center.
Celălalt coautor principal al studiului este Dr. Ivan Raimondi, biolog molecular senior și director de inovație în cercetare în laboratorul Landau. Wei-Yu Chi, un doctorand la Weill Cornell Graduate School of Medical Sciences și Dr. Sang-Ho Yoon, un asociat postdoctoral în medicină în laboratorul lui Landau, sunt autorii principali ai lucrării.
Multi-omics se referă la analizele combinate ale diferitelor straturi de informație din celule, inclusiv secvențe ADN (genomi), tipare de activitate genică (transcriptomi) și populații de proteine (proteomi). Ceea ce este uneori denumit regulom include factorii de transcripție și alte proteine care se leagă de ADN pentru a activa sau inactiva genele.
Aceste proteine de reglare sunt cunoscute ca fiind esențiale în biologie. O proporție mare din punctele fierbinți de risc pentru boli identificate în studiile de genetică se află la locurile de legare ale factorilor de transcripție. Totuși, instrumentele disponibile pentru a cartografia efectiv evenimentele de legare a ADN-ului de către factorii de transcripție în celule, inclusiv celule primare prelevate de la pacienți, au avut limitări semnificative. Acestea includ o sensibilitate relativ scăzută la evenimente de legare slabe sau tranzitorii și o incompatibilitate cu alte instrumente standard multi-omics, ceea ce poate îngreuna obținerea unei imagini de ansamblu asupra modului în care o genă sau o rețea genică este reglată.
D&D-seq își ia numele de la andocarea unei proteine de interes la o enzimă deaminază, urmată de secvențierea obișnuită. Chiar și o legare tranzitorie a proteinei legate de deaminază la ADN va lăsa o marcă care poate fi detectată în datele de secvențiere.
„ADN-ul este o moleculă minunată pentru înregistrarea și stocarea informațiilor, iar noi exploatăm această proprietate în favoarea noastră”, a declarat Dr. Ivan Raimondi.
Cercetătorii au demonstrat potențialul D&D-seq utilizându-l pentru a cartografia locurile de legare ale mai multor factori de transcripție, precum și proteine de remodelare a cromatinei, care influențează activitatea genică prin deschiderea sau închiderea locală a structurii răsucite a ADN-ului. Demonstrațiile au inclus cartografierea locurilor de legare ADN ale unui factor de transcripție cheie în celulele sanguine, comparând celulele cu și fără o mutație comună asociată leucemiei—permițând cercetătorilor să observe în detaliu cum mutația schimbă legarea factorului de transcripție.
„Intrăm într-o eră a medicinii în care factorii de transcripție și alți regulatori ai activității genice vor deveni din ce în ce mai mult ținte terapeutice”, a declarat Dr. Landau, care este, de asemenea, oncolog la NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. „Această tehnologie ar trebui să aibă un rol important în dezvoltarea și evaluarea unor astfel de terapii.”
Cercetătorii au arătat că D&D-seq—deși este un proiect în curs de desfășurare, cu multe îmbunătățiri planificate—poate fi deja utilizat cu platformele standard multi-omics pentru celule individuale, permițând cartografierea interacțiunilor ADN-proteină alături de citiri legate de tiparele de activitate genică, secvențele genomice generale și alte straturi „-omic” în celule individuale.
„D&D-seq este agnostic față de platformă—este practic o caracteristică plug-and-play pe care o poți adăuga la platformele existente pentru a obține mai multe informații din experimentele tale”, a spus Dr. Raimondi.
Dr. Landau și Dr. Raimondi anticipază o adoptare largă a D&D-seq pentru cercetările bazate pe multi-omics. Aceștia deja instruiesc cercetători din alte laboratoare în utilizarea sa și își propun să comercializeze abordarea.
