उपन्यास सॉफ्टवेयर का पता चलता है, आणविक बारकोड है कि अलग अलग सेल प्रकार-ScienceDaily


वहाँ रहे हैं के बारे में 75 विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में मानव मस्तिष्क. क्या उन्हें बनाता है सभी अलग है? में शोधकर्ताओं ने Baylor कॉलेज ऑफ मेडिसिन में विकसित किया है एक नया सेट के कम्प्यूटेशनल उपकरण की मदद करने के लिए इस सवाल का जवाब । हालांकि अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं से एक ही जीव को ले जाने के लिए एक ही डीएनए है, वे देखने के लिए और अलग ढंग से कार्य है, क्योंकि एक अलग सेट के जीन सक्रिय या निष्क्रिय है । कोशिकाओं में जीन स्विच पर या बंद का उपयोग करके epigenetic तंत्र, इस तरह के रूप में डीएनए मेथिलिकरण शामिल है, जो जीन टैगिंग के साथ मिथाइल रासायनिक समूहों.

बेहतर समझने के लिए कैसे epigenetic विनियमन काम करता है, शोधकर्ताओं ने अध्ययन में डीएनए मेथिलिकरण संकेतों में पूरे जीनोम डेटासेट. इन डेटासेट शामिल दृश्यों की इमारत ब्लॉकों कि डीएनए में एक सेल की आबादी. हालांकि, जब ऊतक अध्ययन किया जा रहा है, मस्तिष्क की तरह, कई अलग अलग सेल प्रकार, मौजूदा विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण भेद नहीं कर सकते मिथाइलेशन संकेतों उत्पन्न होने वाले उन लोगों से अलग अलग सेल प्रकार के ।

अब, एक नया सेट के कम्प्यूटेशनल विधियों में विकसित Baylor शोधकर्ताओं की अनुमति देता है की पहचान करने के लिए सेल प्रकार विशिष्ट मिथाइलेशन पैटर्न — आणविक बारकोड — परिसर में सेल मिश्रण. इन नए कम्प्यूटेशनल उपकरण, जर्नल में प्रकाशित जीनोम जीवविज्ञान और मुफ्त डाउनलोड के लिए उपलब्ध कर सकते हैं, लागू किया जा करने के लिए मौजूदा पूरे जीनोम मेथिलिकरण डेटासेट से किसी भी प्रजाति है । इस रोमांचक नई संभावनाओं में सुधार करने के लिए हमारे कैसे की समझ डीएनए मेथिलिकरण सेलुलर समारोह को नियंत्रित करता है.

पहचान करने के लिए सेल प्रकार विशिष्ट आणविक बारकोड

“वर्तमान सोने के मानक दृष्टिकोण का अध्ययन करने के लिए डीएनए मेथिलिकरण है पूरे जीनोम bisulfite अनुक्रमण (WGBS), एक अगली पीढ़ी के अनुक्रमण प्रौद्योगिकी निर्धारित करता है कि डीएनए मेथिलिकरण के प्रत्येक cytosine, एक डीएनए की इमारत ब्लॉकों में पूरे जीनोम ने कहा,” सह इसी लेखक डॉ क्रिस्टियन Coarfa, एसोसिएट प्रोफेसर के आणविक और सेलुलर जीव विज्ञान और केंद्र का हिस्सा परिशुद्धता के लिए पर्यावरण के स्वास्थ्य पर Baylor.

WGBS अध्ययन आम तौर पर रिपोर्ट का औसत मेथिलिकरण के स्तर पर प्रत्येक cytosine. में ऊतकों के बने कई सेल प्रकार, हालांकि, इस औसत को दर्शाता है एक मैशप के मेथिलिकरण के स्तर के प्रत्येक कोशिका प्रकार में मिश्रण, ढक सेल प्रकार विशिष्ट मतभेद हैं.

“कुंजी अंतर्दृष्टि प्रेरित किया है कि वर्तमान अध्ययन है कि डीएनए अनुक्रम ‘पढ़ता’ में WGBS डेटा कर रहे हैं प्रत्यक्ष वंशज के डीएनए अणु से होने वाले विभिन्न ऊतकों की कोशिकाओं. हम माने कि मिथाइलेशन के ‘पैटर्न’ हम पता लगाने पर ऊतक अनुक्रमण पढ़ता है के बारे में जानकारी शामिल क्या सेल प्रकार की पढ़ता से उत्पन्न,” कहा सह इसी लेखक रॉबर्ट ए वातेरलंड, बाल रोग के प्रोफेसर — पोषण पर यूएसडीए/ARS के बच्चों के पोषण अनुसंधान केंद्र में Baylor और टेक्सास बच्चों के अस्पताल. “इस परीक्षण के लिए, हम विकसित किया है कि सॉफ्टवेयर को दिखाता है, इन सेल प्रकार विशिष्ट मिथाइलेशन पैटर्न के भीतर थोक WGBS डेटा. इस सॉफ्टवेयर को कहा जाता है क्लस्टर आधारित विश्लेषण के CpG मेथिलिकरण (CluBCpG).”

एक के रूप में मान्यता, शोधकर्ताओं का इस्तेमाल किया CluBCpG का विश्लेषण करने के लिए WGBS डेटासेट के दो प्रकार से मानव प्रतिरक्षा कोशिकाओं, बी कोशिकाओं और monocytes. वे सक्षम थे की पहचान करने के लिए 100,000 से अधिक अद्वितीय आणविक बारकोड के भीतर प्रत्येक कोशिका प्रकार. तो, वे उनकी पद्धति लागू करने के लिए मिश्रण की पढ़ता से एक और WGBS डेटासेट से इन दो प्रकार की कोशिकाओं से पूरी तरह से अलग अलग लोगों को.

“बस गिनती घटनाओं के इन आणविक बारकोड उपन्यास में डेटासेट, CluBCpG स्वीकार्य हमें ठीक करने के लिए निर्धारित प्रतिशत के बी कोशिकाओं और monocytes में से प्रत्येक में मिश्रण है,” ने कहा कि डॉ सी एंथोनी स्कॉट, पूर्व postdoctoral शोधकर्ता में वातेरलंड लैब और सह पहले लेखक कागज पर. “हम यह भी पता चला है कि इन सेल प्रकार विशिष्ट संकेतों के साथ जुड़े रहे हैं सेलुलर कार्यों में विभिन्न प्रकार के मानव और माउस मस्तिष्क की कोशिकाओं और रक्त कोशिकाओं, और है कि वे कर सकते हैं यहां तक कि जो भविष्यवाणी जीन व्यक्त कर रहे हैं.”

पिछले 10 वर्षों में, वैज्ञानिकों के हजारों उत्पन्न WGBS डेटा सेट की लागत से डॉलर के लाखों, अभी तक करने में असमर्थ थे की सराहना करते हैं जानकारी के बहुत में उपलब्ध डेटा. “यह एक बिट की तरह पहने हुए शोर-रद्द headphones के लिए सिम्फनी,” कहा वातेरलंड, यह भी एक प्रोफेसर के आणविक और मानव आनुवंशिकी पर Baylor. “अब, पहली बार के लिए, शोधकर्ताओं कर सकते हैं ‘धुन’ में पूरा करने के लिए समृद्धि और जटिलता के WGBS डेटा।”

बढ़ाने के बारे में जानकारी की सामग्री मौजूदा डेटासेट

के CluBCpG सॉफ्टवेयर के साथ काम करता है एक दूसरे के विकास, एक परिष्कृत मशीन-लर्निंग सॉफ्टवेयर पैकेज बुलाया सटीक पढ़ने के स्तर के इलज़ाम के मिथाइलेशन (प्रारं). इस सॉफ्टवेयर ‘में’ लापता के बारे में जानकारी अनुक्रमण पढ़ता है, को कवर किया है कि कुछ साइटों के एक क्षेत्र में बढ़ रही है, जानकारी सामग्री के मौजूदा WGBS डेटासेट 50 से 100 प्रतिशत करने के लिए.

“प्रारं से सीखता है के लाखों लोगों के सैकड़ों में पढ़ता प्रत्येक WGBS डेटासेट की भविष्यवाणी करने के लिए मेथिलिकरण राज्य में लापता साइटों पर अलग-अलग अनुक्रम पढ़ता है,” जैक ने कहा D. Duryea, पूर्व छात्र लाइब्रेरी लैब और सह पहले लेखक कागज पर. “हम पता चला है कि प्रारं की भविष्यवाणी कर रहे हैं सही समय के 95 प्रतिशत.”

के बाद से WGBS डेटासेट की लागत डॉलर के हजारों को उत्पन्न करने के लिए हो रही है, 50 से 100 प्रतिशत अधिक डेटा-कोई अतिरिक्त शुल्क पर — एक बड़ा सौदा है.

शोधकर्ताओं आशा है कि इन नए कम्प्यूटेशनल विकास के लिए लागू किया जाएगा अध्ययन मेथिलिकरण में मतभेद सामान्य कोशिकाओं के रूप में अच्छी तरह के रूप में रोग.

“उदाहरण के लिए, इन तरीकों प्रदान करेगा बेहतर संकल्प में अध्ययन करने के लिए लक्ष्य की पहचान मिथाइलेशन के बीच मतभेद एक स्वस्थ मस्तिष्क और एक के साथ एक बीमारी है । हम में सक्षम हो सकता है यह निर्धारित करने के लिए, उदाहरण के लिए, epigenetic परिवर्तन से जुड़े एक बीमारी में ही पाए जाते हैं एक विशिष्ट प्रकार की मस्तिष्क कोशिका होगा, जो एक प्रमुख कदम समझ की ओर एक बीमारी है,” वातेरलंड कहा.

अन्य योगदानकर्ताओं के लिए इस काम में शामिल हैं हैरी MacKay, मारिया एस बेकर, Eleonora Laritsky और Chathura जे Gunasekara, सभी पर Baylor कॉलेज ऑफ मेडिसिन के.

इस काम के द्वारा समर्थित किया गया था NIH/NIDDK (अनुदान संख्या 1R01DK111522 और 1R01DK111831), कैंसर की रोकथाम और अनुसंधान संस्थान के टेक्सास (अनुदान संख्या RP170295) और यूएसडीए/ARS (CRIS 3092-5-001-059).



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