Tek Hücrede DNA ve RNA Analizi: Hastalık Araştırmalarında Devrim
Genomik varyasyonu daha yakından inceleyerek, bilim insanları artık yeni hastalık bağlantılarını daha hızlı ve doğru bir şekilde tespit edebiliyor.
Yüzyıllardır bilim insanları, Hipokrat’a dayanan bir fikir olan belirli hastalıkların ailelerde görülebileceğini kabul ettiler. Zamanla araştırmacılar, bu kalıtsal kalıpların genetik yapımızda nasıl kök saldığını ortaya çıkarmada giderek daha yetenekli hale geldiler.
Şimdi ise EMBL’deki araştırmacılar ve işbirlikçileri, aynı hücre içindeki hem genomik varyasyonları hem de RNA’yı inceleyerek tek hücre teknolojisini ilerleten güçlü ve yeni bir araç geliştirdiler. Bu yaklaşım, önceki yöntemlere göre daha yüksek doğruluk ve ölçeklenebilirlik sağlıyor.
Hastalıkla ilişkili varyasyonların en sık meydana geldiği DNA‘nın kodlamayan bölgelerindeki değişiklikleri tespit ederek, bu araç genetik farklılıkların sağlığı nasıl etkilediğini keşfetmek için yeni olanaklar sunuyor. Çok sayıda tek hücreyi ayrıntılı olarak analiz etme yeteneğiyle bu yenilik, genetik varyasyonları belirli hastalıklarla ilişkilendirmede önemli bir adım niteliğinde.
Nature Methods’da yayınlanan SDR-Seq hakkındaki yeni bir makalenin baş yazarı ve EMBL’nin Steinmetz Grubu’nda doktora sonrası araştırmacı olan Dominik Lindenhofer, “Bu uzun süredir devam eden bir sorundu, çünkü aynı hücrede DNA ve RNA’yı incelemek için kullanılan mevcut tek hücreli yöntemler sınırlı verime sahipti, hassasiyetten yoksundu ve karmaşıktı,” dedi. “Tek hücre düzeyinde, binlerce hücredeki varyantları okuyabiliyordunuz, ancak yalnızca ifade edilmişlerse – yani yalnızca kodlanmış bölgelerden. Aracımız, varyantların nerede bulunduğundan bağımsız olarak çalışarak karmaşık örneklerin analizini sağlayan tek hücre sayıları üretiyor.”
Kodlayan ve Kodlamayan Bölgeler Arasındaki Önemli Fark
DNA’dan oluşan genom, hem kodlayan hem de kodlamayan kısımlara sahiptir. Kodlayan bölgelerdeki genler, RNA’ya ifade edildikleri ve hücreye yaşamın yapı taşları olan proteinleri nasıl üreteceğini söyledikleri için kullanım kılavuzlarına veya reçetelere benzetilmiştir.
Kodlamayan bölgeler, hücresel gelişim ve işlev için önemli olan birçok düzenleyici unsur içerir. DNA’da meydana gelen hastalıkla ilişkili varyantların %95’inden fazlası bu kodlamayan bölgelerde ortaya çıkar, ancak mevcut tek hücreli araçlar, bu geniş bölgeleri daha iyi anlamak için gereken verimi ve hassasiyeti sağlamamıştır. Şimdiye kadar, bilim insanları DNA kod varyantlarının işlevlerini ve sonuçlarını belirlemek için aynı hücreden DNA ve RNA’yı aynı anda büyük ölçekte gözlemleyemediler.
Lindenhofer, “Bu kodlamayan alanda, doğuştan kalp hastalığı, otizm ve şizofreni gibi henüz keşfedilmemiş hastalıklarla ilgili varyantlar olduğunu biliyoruz, ancak bunlar kesinlikle bu tür hastalıklardan sadece birkaçı,” dedi. “Hangi varyantların endojen genomik bağlamda işlevsel olduğunu ve bunların hastalık ilerlemesine nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için bu keşfi yapacak bir araca ihtiyacımız vardı.”
Tek Hücreleri Takip Eden Barkodların Şifresini Çözmek
Tek hücreli DNA-RNA dizilemesi (SDR-seq) için bilim insanları, her damlası tek bir hücre içeren yağ-su emülsiyon damlacıkları kullanarak hem DNA hem de RNA analizleri gerçekleştirdiler. Bilim insanları, belirli bir test tüpünde aynı anda binlerce hücreyi inceleyebilir ve genetik değişiklikleri doğrudan gen aktivitesine bağlayabilirlerdi. Ancak bu tür bir teknoloji geliştirme, çeşitli sınırlamaların üstesinden gelmeyi gerektirdi ve EMBL’nin Genom Biyolojisi ve Yapısal ve Hesaplamalı Biyoloji birimlerinden, Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden ve Heidelberg Üniversitesi Hastanesi’nden işbirlikçilerin katılımını gerektirdi.
Başlangıçta, Judith Zaugg ve Kyung-Min Noh’dan oluşan EMBL araştırma gruplarından işbirlikçiler, hassas RNA’yı korumak için hücreleri “düzeltmenin” bir yolunu geliştirdiler. Ayrıca, Oliver Stegle’ın EMBL araştırma grubundan hesaplamalı biyologlar, bu teknolojiyi geliştirmek ve daha ileri veri analizlerini mümkün kılmak için gereken karmaşık DNA barkodlama sistemini çözümlemek ve kodunu çözmek için özel bir araç geliştirdiler. Bu kod çözücü özellikle bu proje için geliştirilmiş olsa da, bilim insanları bunun başka araştırmalarda da kullanılabileceğini düşünüyor.
Wolfgang Huber ve Sasha Dietrich’in EMBL ve Heidelberg Üniversitesi Kliniği’ndeki araştırma gruplarından araştırmacılar, halihazırda diğer araştırma projeleri için B hücreli lenfoma hücrelerini tarıyorlardı. Bu nedenle, aracı test etmek için yüksek sayıda genomik varyant içeren birincil hasta örnekleri sağladılar. Lindenhofer daha sonra bu örnekleri, varyantlar ve hastalık arasındaki bağlantıları gözlemlemek için kullandı. Daha fazla varyanta sahip kanser hücrelerinin, kanserin büyümesine yardımcı olan aktif sinyallerde artış olduğunu buldu.
Lindenhofer, “Aynı tek hücrede DNA ve RNA’yı okumak için bu küçük reaksiyon odalarını kullanıyoruz,” dedi. “Bu, bir varyantın bir genin bir veya iki kopyasında olup olmadığını doğru bir şekilde belirlememizi ve aynı tek hücrelerdeki gen ifadesi üzerindeki etkilerini ölçmemizi sağlıyor. B hücreli lenfoma hücrelerinde, hücrelerin varyant yapısına bağlı olarak farklı hücresel durumlara ait olma eğilimlerinin farklı olduğunu gösterebildik. Ayrıca, bir hücredeki artan varyantların aslında daha kötü huylu bir B hücreli lenfoma durumuyla ilişkili olduğunu da görebildik.”
Tek hücreli dizileme aracının sunduğu birçok fırsat
SDR-seq aracı artık genom biyologlarına genetik varyantları daha iyi anlamalarına yardımcı olmak için ölçek, hassasiyet ve hız sunuyor. Sonunda çok çeşitli karmaşık hastalıkların tedavisinde rol oynayabilecek olsa da, ilk olarak tanı için daha iyi tarama araçlarının geliştirilmesine de yardımcı olabilir.
Makalenin kıdemli yazarlarından, EMBL grup lideri ve Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde genetik profesörü olan Lars Steinmetz, “Varyantları hastalıklarla ilişkilendirebilen bir aracımız var,” dedi. “Bu yetenek, artık keşfedebileceğimiz geniş bir biyoloji yelpazesinin kapılarını açıyor. Varyantların hastalığı nasıl düzenlediğini anlayabilir ve bu hastalık sürecini daha iyi anlayabilirsek, ona müdahale edip tedavi etme konusunda daha iyi bir fırsatımız olur.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Bilim İnsanları İnsanlarda “Uzaylı DNA’sı”na Dair Kanıt Buldu