Ученые Детской исследовательской больницы Св. Джуда разработали интегрированную высокопроизводительную систему, чтобы лучше понять и, возможно, управлять экспрессией генов для лечения таких заболеваний, как серповидно-клеточная анемия и бета-талассемия. Исследование опубликовано сегодня в журнале Nature Genetics .
Исследователи использовали систему, чтобы идентифицировать десятки регуляторных элементов ДНК, которые действуют вместе, чтобы управлять переключением от эмбриональной экспрессии гемоглобина к взрослой. Этот метод также можно использовать для изучения других заболеваний, связанных с регуляцией генов .
Регуляторные элементы, также называемые генетическими переключателями, разбросаны по некодирующим участкам ДНК. Эти области не кодируют гены и составляют около 98% генома. Элементы имеют множество названий — энхансер, репрессор, инсулятор и др. — но конкретные гены, которые они регулируют, как регуляторные элементы действуют вместе, и ответы на другие вопросы остаются неясными.
«Без высокопроизводительной системы определение ключевых регулирующих элементов часто происходит очень медленно», — сказал автор-корреспондент Юн Ченг, доктор философии, из отделений гематологии и вычислительной биологии Сент-Джуда. Митчелл Вайс, доктор медицинских наук, кафедра гематологии, является соавтором-корреспондентом.
«Например, несмотря на десятилетия исследований, было идентифицировано менее половины регуляторных элементов и связанных с ними генетических вариантов, которые определяют уровни гемоглобина плода», — сказал Ченг.
Прецизионное редактирование предоставляет ключевые сведения о регуляции экспрессии генов.
Новая система сочетает в себе алгоритмы биоинформатического прогнозирования и инструмент редактирования базового аденина с тестами для измерения того, как редактирование базового гена влияет на экспрессию генов . Базовое редактирование работает более точно, чем традиционные инструменты редактирования генов, такие как CRISPR / Cas9, путем изменения одной буквы в четырехбуквенном алфавите ДНК с высокой эффективностью без создания больших вставок или удалений.
Исследователи использовали базовый редактор ABEmax, чтобы внести 10 156 конкретных изменений в 307 регуляторных элементов, которые, как было предсказано, влияют на экспрессию гемоглобина плода. Выражение может изменять тяжесть нарушений гемоглобина, таких как серповидно-клеточная анемия. Изменения изменили основания ДНК аденин и тимин на гуанин и цитозин. В центре внимания исследования были регуляторные элементы в генах BCL11A, MYB-HBS1L, KLF1 и бета-подобных генах глобина .
Используя этот подход, ученые подтвердили несколько известных регуляторных элементов экспрессии гемоглобина плода и определили множество новых.