Teknologi Baru Dapat Membantu Memecahkan Misteri DNA

Teknologi Baru Dapat Membantu Memecahkan Misteri DNA

Teknologi Baru : Para peneliti dari Oxford Nanopore Technologies, Weill Cornell Medicine, dan New York Genome Center telah menciptakan teknik baru untuk mengevaluasi struktur tiga dimensi DNA manusia, atau bagaimana genom terlipat, dalam skala besar. Genom adalah seluruh rangkaian instruksi genetik, baik DNA atau RNA, yang memungkinkan suatu organisme berfungsi.

Dengan menggunakan teknik ini, para peneliti menunjukkan bahwa kelompok elemen pengatur yang berinteraksi secara bersamaan dalam genom, sebagai lawan dari pasangan elemen ini, dapat mempengaruhi aktivitas sel, termasuk ekspresi gen. Penelitian mereka, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature Biotechnology, dapat membantu memperjelas hubungan antara identitas seluler dan struktur genom.

“Mengetahui struktur genom tiga dimensi akan membantu para peneliti lebih memahami bagaimana fungsi genom, dan khususnya bagaimana mengkodekan identitas sel yang berbeda,” kata penulis senior Dr. Marcin Imieliński, profesor patologi dan kedokteran laboratorium dan genomik komputasi dalam biomedis komputasi di Weill Cornell Medicine dan anggota inti dari New York Genome Center. “Cara kami mempelajari struktur genom telah memberi kami wawasan yang luar biasa, tetapi ada juga keterbatasan utama,” katanya.

Misalnya, teknologi sebelumnya untuk memeriksa struktur tiga dimensi genom memungkinkan peneliti untuk menyelidiki seberapa sering dua lokus, atau situs fisik pada genom, berinteraksi satu sama lain. Secara tradisional, pasangan lokus yang dikenal sebagai enhancer dan promotor—komponen dalam genom yang berinteraksi satu sama lain untuk mengontrol ekspresi gen—telah ditemukan.

Informasi tentang pasangan ini menawarkan wawasan yang tidak lengkap tentang struktur dan fungsi genom. Misalnya, menghubungkan pola lipatan dengan cara genom mengkode identitas sel tertentu—seperti hati, paru-paru, atau sel epitel—adalah sulit, kata Dr. Imieliński, yang juga anggota Institut Kedokteran Presisi Inggris dan Pusat Kanker Sandra dan Edward Meyer di Weill Cornell Medicine. Para ilmuwan telah berteori bahwa lipatan ini mempengaruhi ekspresi gen. “Tetapi bagaimana tipe sel dikodekan, khususnya dalam struktur DNA, masih menjadi misteri,” katanya.

Dr. Imieliski dan tim penelitinya, termasuk penulis pertama Aditya Deshpande, lulusan baru dari Tri-Institusional Ph.D. Program dalam Biologi & Kedokteran Komputasi yang bekerja di lab Dr. Imieliski, menciptakan uji dan algoritme luas genom baru yang memungkinkan mereka mempelajari kelompok lokus, bukan hanya berpasangan.

Mereka mengadaptasi Hi-C (penangkapan konformasi kromatin), pendekatan standar yang mengevaluasi kombinasi DNA dan protein untuk menilai struktur genom tiga dimensi, ke sekuensing nanopore, atau sekuensing throughput tinggi dari untaian molekul DNA yang panjang dan berkelanjutan. Tes baru, bernama Pore-C, memungkinkan para peneliti untuk memeriksa puluhan juta kelompok lokus tiga dimensi.

Mereka juga mengembangkan metode statistik untuk menentukan pengelompokan lokus mana yang penting, berdasarkan apakah mereka berinteraksi secara kooperatif untuk mempengaruhi ekspresi gen. “Banyak interaksi tiga dimensi dari genom tidak penting,” kata Dr. Imieliński. “Metode analitik kami membantu kami memprioritaskan interaksi kelompok yang mungkin penting untuk fungsi genom.” Sebagai temuan kunci dari penelitian ini, para peneliti menemukan bahwa pengelompokan kooperatif paling signifikan dari elemen DNA terjadi di sekitar gen yang terkait dengan identitas sel.

Eksperimen di masa depan akan mengeksplorasi pengelompokan spesifik komponen genom yang penting untuk berbagai aspek identitas sel. Teknologi baru ini juga dapat membantu para peneliti untuk memahami bagaimana sel punca, sel induk yang belum matang, berdiferensiasi menjadi jenis sel yang berbeda.

Selain itu, peneliti mungkin lebih mampu memahami kelainan pada sel kanker. “Di masa depan, teknologi ini mungkin sangat membantu dalam memahami bagaimana genom sel kanker diatur ulang, dan bagaimana pengaturan ulang tersebut mendorong perubahan identitas sel yang memungkinkan kanker tumbuh dan menyebar,” kata Dr. Imieliński.

Referensi: “Mengidentifikasi konformasi kromatin 3D orde tinggi sinergis dari pengurutan nanopori skala genom” oleh Aditya S. Deshpande, Netha Ulahannan, Matthew Pendleton, Xiaoguang Dai, Lynn Ly, Julie M. Behr, Stefan Schwenk, Will Liao, Michael A Augello, Carly Tyer, Priyesh Rughani, Sarah Kudman, Huasong Tian, ​​Hannah G. Otis, Emily Adney, David Wilkes, Juan Miguel Mosquera, Christopher E. Barbieri, Ari Melnick, David Stoddart, Daniel J. Turner, Sissel Juul, Eoghan Harrington dan Marcin Imieliński, 30 Mei 2022, Bioteknologi Alam.

Teknologi