Nuova tecnica rivela informazioni invisibile nel codice DNA

Maggio 7, 2016 Admin Salute 0 2
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I genetisti hanno affrontato un problema simile con la recente scoperta di un "sesto nucleotide" in alfabeto del DNA. Due modifiche di citosina, una delle quattro basi che compongono il DNA, sembrano quasi uguali ma significati diversi. Ma gli scienziati non avevano un modo di leggere il DNA, lettera per lettera, e individuare esattamente dove queste modifiche si trovano in particolare tessuti o tipi cellulari.

Ora, un team di scienziati dell'Università di Chicago, l'Istituto Ludwig per la ricerca sul cancro, l'Università della California, San Diego e Emory University ha sviluppato e testato una tecnica per eseguire questa operazione. I risultati sono pubblicati 17 maggio a l'edizione on line della rivista Cell.




Il team ha utilizzato la tecnica per mappare 5 metilcitosina (5-MC) e 5-hydroxymethylcytosine (5-HMC) di DNA da cellule staminali embrionali umane e di topo, rivelando nuove informazioni sui loro modelli di distribuzione. Questi studi hanno rivelato che queste modifiche del DNA giocano ruoli importanti nei processi vitali fondamentali, come la differenziazione delle cellule, il cancro e la funzione del cervello.

"Hanno regolare l'espressione genica e avere un ampio impatto sullo sviluppo delle cellule staminali, varie malattie umane come il cancro, e potenzialmente sulle malattie neurodegenerative. Essi possono anche modellare lo sviluppo del cervello umano", ha detto Chuan Lui, professore di chimica presso UChicago.

Gli scienziati hanno esaminato gli schemi di 5-mC per decenni, come parte della epigenetica: lo studio delle informazioni che si trova "on top" della sequenza di DNA. Tuttavia, i ricercatori hanno riconosciuto che solo 5-HMC era presente a livelli significativi nel nostro DNA a pochi anni fa. 5-MC si trova di solito sui geni che sono spenti, e aiuta i geni silenzio che non dovrebbero essere acceso. Al contrario, 5-HMC sembra essere arricchita geni attivi, in particolare nelle cellule cerebrali. Inoltre, difetti di enzimi che convertono Tet 5-MC in 5-HMC possono guidare la formazione di leucemia, suggerendo che i cambiamenti in 5-HMC sono importanti nel cancro.

Il documento cella descrive un metodo chiamato TAB-Seq che misura direttamente 5-HMC, e presenta la prima mappa dell'intero genoma di 5-HMC con risoluzione singolo-base. Lui e tre dei suoi studenti ha concepito e sviluppato la tecnica a UChicago. Un brevetto è in corso sulla loro invenzione; UChicago sta lavorando con sede a Chicago Wisegene per sviluppare ulteriormente la tecnologia.

Ricercatori in epigenetica aspettarsi TAB-Seq per avere un grande impatto sul loro lavoro.

"Questo è un importante passo avanti in tale TAB-Seq consente precisa mappatura di tutti i siti a 5 hydroxymethylcytosine in un genoma di mammifero utilizzando consolidata, di nuova generazione metodi di sequenziamento del DNA," ha affermato Joseph Ecker, professore presso il Salk Institute for Biological Studies , che non è stato coinvolto nello studio delle cellule. "Lo studio ha mostrato molto chiaramente che deriva conoscenze utili su questo regolatore epigenetico poco compresa richiede determinazione delle posizioni esatte di 5hmC con precisione a livello di base. Mi aspetto che il loro nuovo metodo immediatamente ampiamente adottato."

Gli altri due laboratori della squadra, Ludwig Institute di Bing Ren per il gruppo di ricerca sul cancro/UCSD applicate TAB-Seq alle cellule staminali embrionali umane, mentre il gruppo di Peng Jin alla Emory University applicato il metodo di cellule staminali embrionali di topo.

Studi precedenti avevano dimostrato che 5-HMC è stato trovato sui geni che sono attivati. Ora, la risoluzione supplementare e successiva ricerca sul mouse e cellule staminali embrionali umane rivela che si trova spesso nei tratti di DNA che controllano l'attività di un gene, chiamato esaltatori, in confronto con le parti di geni che sono effettivamente lette in RNA .

"Abbiamo imparato utilizzare questa nuova tecnica che questa modifica è più abbondante nelle aree del genoma conosciuta come stimolatori, che regolano l'espressione dei geni. Questo potenziale ruolo di regolamentazione di HMC può spiegare la sua importanza in cellule staminali embrionali, e perché la sua interruzione può risultato nello sviluppo della leucemia ", ha detto Gary Hon, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Bing Ren, che ha effettuato l'analisi dell'intero genoma di 5hmC nelle cellule staminali embrionali umane presso l'Istituto Ludwig per la ricerca sul cancro a UCSD.

Un'altra differenza con 5-mC è che 5-HMC è di solito su un solo lato del DNA. Al contrario, 5-mC è più spesso trovato simmetricamente. Nel complesso, 5-HMC è di circa 14 volte meno abbondante di 5-MC. Anche a siti in cui 5-HMC è il più abbondante, è ancora presente in circa un quinto la frequenza come 5-mC, la squadra trovati usando la nuova tecnica.

Precedenti ricerche hanno trovato che 5-HMC è 10 volte più abbondante nel cervello di cellule staminali, in modo che possa avere un ruolo particolarmente importante lì. Laboratorio di Jin sta usando la nuova tecnica di precisione map 5-HMC nel cervello in via di sviluppo.

"Per vedere realmente i tipi di funzioni 5-HMC può avere, abbiamo bisogno di guardare a come appare e scompare nel tempo, durante i processi come lo sviluppo del cervello. Questa tecnica ci permetterà, e altri ricercatori, per tuffarsi in e ottenere che le informazioni ad alta risoluzione ", ha detto Jin, professore associato di genetica umana presso la Emory.

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