Специалист по информатике из Иллинойского университета Саураб Синха и его коллеги, в том числе Скот Вулф и Майкл Бродски из Медицинской школы Массачусетского университета, были привлечены к текущему исследованию своим увлечением тем, как взаимодействия между ДНК и особой категорией клеточных белков, называемой “ факторами транскрипции ”. , ‘помогают контролировать, когда и где экспрессируются гены. Аспирант Университета Иллинойса по информатике Чарльз Блатти сыграл важную роль в исследовании, которое финансировалось NIH, NSF и стипендией Cohen Graduate Fellowship, присужденной Блатти.
Факторы транскрипции захватывают участки ДНК рядом с последовательностями, кодирующими гены. Их участие в молекулярных комплексах, ответственных за экспрессию генов, может либо способствовать, либо подавлять экспрессию отдельных генов. Рассматриваемые как группа, эти белки немного похожи на операционную систему клетки – они помогают управлять генетическими “ программами ”, которые клетки должны запускать.
Каждый тип фактора транскрипции распознает уникальную последовательность ДНК, называемую мотивом, которая действует как молекулярный пароль или штрих-код.
Сканируя последовательности генома, чтобы найти эти мотивы и гены, которые находятся поблизости, исследователи, такие как Синха и его коллеги, работают над пониманием того, какие факторы транскрипции контролируют какие гены и, следовательно, какие биологические функции.
Однако рассмотрение только мотивов дает ограниченную и потенциально вводящую в заблуждение информацию о том, где на самом деле присутствуют и действуют факторы транскрипции. Поскольку мотивы короткие, они могут встречаться во многих местах генома просто случайно; многие биологические факторы, включая тип ткани и стадию развития клетки, изменят способ упаковки ДНК в различных областях генома, что помогает определить, может ли данный фактор транскрипции физически получить доступ и связываться с каждым из его многочисленных мотивов или нет.
«Сами по себе мотивы имеют ограниченное применение, поскольку профиль мотивов в геноме статичен», – сказал Синха, который также является преподавателем темы исследования «Генные сети в нейронной пластичности и пластичности развития» в Carl R. Институт геномной биологии им.
Везе. ‘Как профиль связывания фактора транскрипции изменяется от одной клетки к другой, от одного момента времени к другому?…Доступность меняется.’
Исследователи использовали дорогостоящий и трудоемкий метод иммунопреципитации хроматина с секвенированием ДНК (ChIP-seq), чтобы определить, где в геноме связывается фактор транскрипции.
Этот метод необходимо повторять для каждого фактора транскрипции, который исследует исследователь. Синха и его сотрудники поняли, что они могут использовать свои растущие знания о том, как факторы транскрипции взаимодействуют с мотивами, чтобы разработать ярлык.
Они сделали это, сначала используя всего один лабораторный эксперимент, чтобы определить, как ДНК была упакована по всему геному в заданном наборе биологических условий. Затем они использовали эту информацию в качестве фильтра, предполагая, что каждый фактор транскрипции будет связываться только с теми из его мотивов, которые находятся в доступных областях ДНК при этих условиях.
Они обнаружили, что с помощью этой комбинации лабораторной и вычислительной работы они могут предсказать наблюдаемое поведение связывания ДНК факторов транскрипции в предыдущих экспериментах.
«Чтобы реконструировать регуляторную сеть в новой системе, вам не обязательно проводить много анализов на правильных типах клеток», – сказал Синха.
Если вместо этого вы проведете анализ доступности этих типов клеток, а затем наложите на него информацию о мотиве…эти два вместе очень хорошо аппроксимируют одну и ту же информацию.’
Помимо того, что этот тип работы упростился и стал более доступным для лабораторий с ограниченными ресурсами, публикация продемонстрировала ценность нового подхода к изучению функции энхансеров, участков ДНК, где несколько факторов транскрипции связываются близко друг к другу.
Доступ к высококачественной информации об активности многих различных факторов транскрипции упрощает вывод о взаимосвязи между энхансерами, факторами транскрипции и биологическими функциями.