【字体: 时间:2022年09月22日 来源:Michigan Medicine - University of Michigan

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  研究人员已经开发出一种新的数学技术来开始了解细胞核是如何组织的。他们希望这一认识将暴露弱点,可以针对细胞进行重新编程,以阻止癌症或其他疾病。

科幻小说作家阿瑟·克拉克的第三定律说:“任何足够先进的技术都与魔法无异。”Indika Rajapakse博士对此深信不疑。这位工程师兼数学家现在摇身一变成了生物学家。他认为,将这三种学科结合起来的美妙之处,对于解开细胞的工作原理至关重要。

他的最新进展是一种新的数学技术,用来开始理解细胞核是如何组织的。Rajapakse和合作者在几种类型的细胞上测试了这项技术,揭示了研究人员所说的自我维持转录簇,这是一种蛋白质子集,在维持细胞特性方面起着关键作用。他们希望这一认识将暴露弱点,可以针对细胞进行重新编程,以阻止癌症或其他疾病。

“越来越多的癌症生物学家认为,基因组组织在理解不可控的细胞分裂以及我们是否可以重新编程癌细胞方面发挥着巨大作用。这意味着我们需要了解细胞核中发生的更多细节,”密歇根大学计算医学和生物信息学、数学和生物医学工程副教授Rajapakse说。他也是U-M Rogel癌症中心的成员。Rajapakse是这篇发表在《Nature Communications》上的论文的资深作者。该项目由三名研究生和一个跨学科研究团队领导。

该团队改进了一项古老的技术,用于检测染色质,即Hi-C,它可以绘制基因组的哪些部分靠近。它可以识别染色体易位,比如某些癌症中发生的染色体易位。然而,它的局限性是只能看到这些相邻的基因组区域。这项名为Pore-C的新技术使用了更多的数据来可视化细胞核内的所有部分是如何相互作用的。研究人员使用了一种称为超图的数学技术。想想,三维维恩图。它不仅能让研究人员看到相互作用的基因组区域,还能让他们看到细胞内复杂而重叠的基因组关系的整体。

我们可以毫不含糊地理解这种多维关系。它为我们提供了一种更详细的方法来理解核心内部的组织原理。如果你理解了这一点,你就能理解这些组织原则在哪里发生了偏差,比如癌症。这就像把三个世界放在一起——技术、数学和生物学——来研究细胞核内部的更多细节。”

研究人员在新生儿成纤维细胞、活组织成人成纤维细胞和B淋巴细胞上测试了他们的方法。他们确定了特定于每种细胞类型的转录簇组织。他们还发现了所谓的自我维持转录簇,这是一种细胞类型的关键转录特征。

Rajapakse称这是朝着更大蓝图迈出的第一步。“我的目标是在细胞周期中构建这种图像,以了解细胞是如何经历不同阶段的。癌症是不可控的细胞分裂。如果我们了解了正常细胞是如何随时间变化的,我们就可以开始检查受控和非受控系统,并找到方法对该系统进行重新编程。”

Gabrielle A. Dotson, Can Chen, Stephen Lindsly, Anthony Cicalo, Sam Dilworth, Charles Ryan, Sivakumar Jeyarajan, Walter Meixner, Cooper Stansbury, Joshua Pickard, Nicholas Beckloff, Amit Surana, Max Wicha, Lindsey A. Muir, Indika Rajapakse. Deciphering multi-way interactions in the human genome. Nature Communications, 2022; 13 (1)

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