通過尋找基因控制的共同主題來定位細(xì)胞多樣性

由Stein Aerts(VIB-KU Leuven)領(lǐng)導(dǎo)的比利時計算生物學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)了一種新的生物信息學(xué)方法，稱為cisTopic。受文本挖掘方法的啟發(fā)，cisTopic通過尋找共同的主題，幫助科學(xué)家深入理解我們體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)基因調(diào)控差異的機(jī)制。在新出版的《自然方法》中，Aerts和他的團(tuán)隊展示了這種方法的廣泛應(yīng)用，從大腦研究到癌癥生物學(xué)。

我們的基因組是由一組調(diào)節(jié)分子控制的，這些調(diào)節(jié)分子“打開”我們DNA中的目標(biāo)基因。這些調(diào)節(jié)分子與我們?nèi)旧w中所謂的增強(qiáng)子和啟動子區(qū)域結(jié)合。知道它們何時以及如何被激活可以教會我們很多關(guān)于我們身體細(xì)胞多樣性的知識。

“我們體內(nèi)的所有細(xì)胞基本上都含有相同的DNA，”教授解釋道。斯坦艾爾茨是VIB和庫魯汶計算生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。"每種細(xì)胞類型的獨(dú)特之處在于哪些基因在任何給定的時間都是活躍的."

單細(xì)胞技術(shù)的最新發(fā)展使像Aerts這樣的科學(xué)家能夠研究基因活性，并調(diào)節(jié)脫氧核糖核酸區(qū)域中成千上萬個細(xì)胞的可及性。然而，這些信息還沒有解決反向工程基因組調(diào)控代碼的挑戰(zhàn)。

集群單元

Aerts實(shí)驗(yàn)室的兩位年輕研究人員CarmenBravoGonzlez-Blas和Liesbeth Minnoye開始解決這個問題?！拔覀兛梢詮膯蝹€細(xì)胞獲得的數(shù)據(jù)，關(guān)于其DNA中特定調(diào)控區(qū)的可及性，是非常罕見的。但是，我們希望根據(jù)這些可訪問區(qū)域的相似性對單個細(xì)胞進(jìn)行分組?！?

為了解決這個問題，bravogonzalez-Blas從文本挖掘領(lǐng)域借用了一種叫做“主題建?！钡挠嬎慵夹g(shù)。她解釋說：“在文本挖掘中，計算機(jī)可以從大量文本中找到對每個主題都很重要的“主題”和術(shù)語。當(dāng)應(yīng)用于我們的基因控制問題時，計算機(jī)會發(fā)現(xiàn)對每個細(xì)胞都很重要的話題。輸入我們的身體。它還使我們能夠確定每個主題的監(jiān)管領(lǐng)域。”

“我們在各種數(shù)據(jù)集上評估了我們的新方法，發(fā)現(xiàn)它可以準(zhǔn)確地恢復(fù)預(yù)期的和新的細(xì)胞類型，”Minnoye補(bǔ)充說。"特別是在非常稀疏的數(shù)據(jù)上，我們的方法比以前開發(fā)的方法更強(qiáng)大."

了解有關(guān)復(fù)雜組織的更多信息。

研究人員將cisTopic應(yīng)用于生物復(fù)雜的細(xì)胞群，如哺乳動物大腦中的細(xì)胞。CisTopic不僅可以讓他們恢復(fù)大腦中的主要細(xì)胞類型，而且該團(tuán)隊還可以識別主要神經(jīng)細(xì)胞類型的新亞組和調(diào)節(jié)劑。

Aerts補(bǔ)充說：“除了大腦，我們還利用cisTopic研究患者黑色素瘤細(xì)胞培養(yǎng)中基因可及性的動態(tài)變化。“當(dāng)我們調(diào)節(jié)這些癌細(xì)胞中已知的重要調(diào)節(jié)因子之一時，我們可以第一次跟蹤不同DNA區(qū)域隨時間的可及性。這些方法最終將使我們能夠更好地理解這些主要調(diào)節(jié)因素在癌癥中的實(shí)際作用。細(xì)胞和它們控制的基因?！?

這些不同的應(yīng)用說明了團(tuán)隊研究球員的新方法的價值，以及協(xié)調(diào)我們細(xì)胞中基因調(diào)控的機(jī)制。根據(jù)像Aerts這樣的計算生物學(xué)家的說法，這是實(shí)現(xiàn)健康和疾病中細(xì)胞狀態(tài)的實(shí)時和個性化監(jiān)控的重要一步。

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