Ученые из Гарвардского университета, Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда и Массачусетского технологического института разработали технологию для исследования функции множества различных генов одновременно во многих различных типах клеток в живом организме. Они применили крупномасштабный метод для изучения десятков генов, связанных с расстройством аутистического спектра, и выявили, как мутации влияют на определенные типы клеток в развивающемся мозге мыши.
Метод «Perturb-Seq», опубликованный в журнале Science , является эффективным способом выявления потенциальных биологических механизмов, лежащих в основе расстройства аутистического спектра, что является важным первым шагом на пути к разработке методов лечения сложного заболевания. Этот метод также широко применим к другим органам, позволяя ученым лучше понимать широкий спектр заболеваний и нормальных процессов.
«В течение многих лет генетические исследования выявили множество генов риска, которые связаны с развитием расстройства аутистического спектра. Задача в этой области заключалась в том, чтобы установить связь между знанием того, что это за гены, и пониманием того, как гены на самом деле влияют на клетки и, в конечном итоге, поведение «, — сказала соавтор исследования Паола Арлотта, профессор стволовых клеток и регенеративной биологии в Гарварде из семьи Голубов. «Мы впервые применили технологию Perturb-Seq к интактному развивающемуся организму, продемонстрировав возможность масштабного измерения функции генов, чтобы лучше понять сложное заболевание».
Исследование также возглавляли соавторы Авив Регев, который был одним из основных членов Broad Institute во время исследования и в настоящее время является исполнительным вице-президентом Genentech Research and Early Development, и Фэн Чжан, один из основных членов Broad Institute и следователь в Институте Макговерна Массачусетского технологического института.
Чтобы исследовать функцию генов в крупном масштабе, исследователи объединили две мощные геномные технологии. Они использовали редактирование генома CRISPR-Cas9, чтобы внести точные изменения или пертурбации в 35 различных генов, связанных с риском расстройства аутистического спектра. Затем они проанализировали изменения в развивающемся мозге мыши с помощью секвенирования одноклеточной РНК, что позволило им увидеть, как изменяется экспрессия генов в более чем 40 000 отдельных клеток.
Глядя на уровень отдельных клеток, исследователи могли сравнить, как гены риска влияют на разные типы клеток в коре — части мозга, ответственной за сложные функции, включая познание и ощущения. Они вместе проанализировали сети генов риска, чтобы найти общие эффекты.
«Мы обнаружили, что и нейроны, и глия — ненейронные клетки в мозге — напрямую зависят от различных наборов этих генов риска», — сказал Синь Цзинь, ведущий автор исследования и младший научный сотрудник Гарвардского общества стипендиатов. «Гены и молекулы не генерируют познание сами по себе — для этого им необходимо воздействовать на определенные типы клеток в мозгу. Мы заинтересованы в понимании того, как эти различные типы клеток могут способствовать развитию расстройства».
Чтобы получить представление о потенциальной значимости модели для расстройства у людей, исследователи сравнили свои результаты с данными, полученными после вскрытия человеческого мозга. В целом они обнаружили, что в посмертном человеческом мозге с расстройством аутистического спектра некоторые ключевые гены с измененной экспрессией также были затронуты в данных Perturb-seq.
Загрузка...
