희소한 세포 집단에서 프로모터 중심의 시공간 게놈 구조를 연구하기 위한 통합 워크플로우An Integrated Workflow to Study the promoter-centic spatio-temporal genome architecture in Scarce Cell Populations
2023년 4월 21일
유전자 발현은 유전자 프로모터와 원위 조절 요소의 상호작용에 의해 조절된다. 여기서는 낮은 입력 Capture Hi-C(liCHi-C)를 통해 이전에는 측정할 수 없었던 희귀 세포 유형에서 이러한 상호 작용을 식별할 수 있는 방법을 설명합니다.
liCHi-C를 사용하여 우리가 대답하려는 주요 질문은 염색질이 핵에서 어떻게 상호 작용하는지, 따라서 유전자 조절의 새로운 층을 이해하는 것입니다. 우리는 liCHi-C를 사용하여 주어진 샘플의 게놈 조직을 탐색하고, 질병과 관련된 비암호화 돌연변이를 영향을 받는 잠재적 유전자와 연결하고, 예를 들어 종양 샘플에서 전위와 같은 염색체 재배열을 감지할 수 있음을 입증했습니다. 이제 우리는 일차 줄기 세포 또는 관련 임상 샘플과 같은 반흔 세포 유형의 3D 염색질 조직을 탐색할 수 있습니다.
우리의 프로토콜은 제한 단편 분해능에서 게놈 조직을 탐색하기 위해 양질의 데이터를 얻는 데 필요한 입력 자료와 시간 및 비용을 줄입니다. liCHi-C는 3D 염색질 조직 분야의 범위를 확장하여 이전에는 분석이 불가능했던 새로운 세포 유형을 탐색할 수 있게 되었습니다. liCHi-C 덕분에 과학계는 유전자 발현의 특별한 조절을 탐구 할 수 있습니다.
예를 들어, 악성 형질전환에서는 종양 내부의 특정 클론 하위 집단에서만 발생합니다.
전체 스크립트를 보고 수천 개의 과학 동영상에 액세스하세요
개요
본 연구에서는 저투입 캡처 Hi-C(low input Capture Hi-C, liCHi-C)를 이용하여 희귀 세포 유형에서 유전자 프로모터와 원거리 조절 요소 간의 상호작용을 식별하는 방법을 탐구합니다. 이 방법은 핵 내의 유전자 조절 및 염색질 상호작용에 대한 이해를 높여줍니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 유전자 조절
- 염색질 구조
- 세포 유형 분석
배경
- 유전자 발현은 프로모터와 조절 요소 간의 상호작용에 의해 영향을 받습니다.
- 기존의 방법들은 희귀 세포 유형을 분석하는 데 어려움이 있었습니다.
- 염색질 상호작용을 이해하는 것은 유전자 조절에 대한 통찰력을 얻는 데 매우 중요합니다.
- liCHi-C는 이러한 상호작용을 연구하기 위한 새로운 접근 방식을 제공합니다.
연구 목적
- 핵 내의 염색질 상호작용을 조사합니다.
- 비부호화 돌연변이와 영향을 받는 유전자를 연결합니다.
- 임상 시료에서 염색체 재배열을 분석합니다.
사용된 방법
- 저입력 Capture Hi-C (liCHi-C) 프로토콜.
- 3D 염색질 구조 탐색.
- 일차 줄기세포 및 종양 샘플 분석.
- 데이터 획득을 위한 입력 재료 및 비용 절감.
주요 결과
- 희귀 세포 유형에서의 유전자 상호작용의 성공적인 식별.
- 비코딩 돌연변이와 잠재적 표적 유전자의 연관성 확인.
- 종양 샘플 내 염색체 재배열 검출.
- 악성 변성 과정에서의 유전자 발현 조절에 대한 이해 증진.
결론
- liCHi-C는 3D 염색질 분석 능력을 확장합니다.
- 이를 통해 이전에는 측정이 불가능했던 세포 유형에 대한 탐색이 가능해집니다.
- 이 방법은 유전자 조절 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
liCHi-C는 이전의 입력 제한 사항을 극복하여, 희귀하거나 임상적으로 유의미한 세포군에서 프로모터 중심의 염색질 상호작용을 고해상도로 매핑할 수 있게 합니다. 이러한 기능은 비코딩 돌연변이 및 구조적 게놈 변화와 유전자 조절 간의 연관성에 대한 예측 신뢰도를 높여, 조기 발견 및 중개 연구에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 방법은 질병 관련 시스템 내 유전자 조절 구조에 대한 실행 가능한 통찰력을 제공함으로써 위험 조정 포트폴리오 의사결정을 지원합니다.
바이오제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 희소 세포 또는 일차 세포 유형에서 유전자 조절 네트워크의 분석이 가능합니다.
- 제한 효소 단편 해상도로 인핸서-프로모터 상호작용을 매핑하여 기능적 타겟 검증을 지원합니다.
- 비부호화 돌연변이를 추정 유전자 타겟과 연결함으로써 기전적 리스크 감소를 촉진합니다.
- 질병 관련 맥락에서 타겟 지명을 위한 예측 신뢰도를 향상시킵니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 후속 기능 유전체 분석을 위해 검증된 염색질 상호작용 지도를 작성합니다.
- 저투입 시료의 데이터 획득을 표준화하여 실험 간 재현성을 지원합니다.
- 섭동에 따른 염색질 구조 변화의 정량적 평가를 가능하게 합니다.
- 희귀 세포 집단 및 임상 시료를 위한 확장 가능한 워크플로를 지원합니다.
중개 및 전임상 연구
- 염색질 상호작용 데이터를 질병 관련 바이오마커 및 유전체 변이와 정렬합니다.
- 발견 단계부터 일차 조직 및 종양 샘플에서의 전임상 검증까지의 연속성을 제공합니다.
- 임상 연구 환경에서 전좌와 같은 염색체 재배열의 검출을 가능하게 합니다.
- 질병 모델 내의 조절 메커니즘을 명확히 함으로써 위험 조정된 추진 결정(risk-adjusted advancement decisions)을 지원합니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
liCHi-C는 희귀 세포 유형에서 프로모터 중심의 염색질 매핑을 가능하게 하여 가설 기반 연구와 탐색적 연구를 모두 지원함으로써, 발견부터 전임상 단계에 이르는 연속적인 연구 과정에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 일차 세포 및 질환 관련 세포에서 유전자 조절 및 염색질 구조에 대한 가설 검증을 용이하게 합니다.
- 스크리닝: 분석법 개발 및 화합물 평가를 위해 재현 가능하고 정량적인 염색질 상호작용 데이터를 제공합니다.
- 분석: 염색질 상태를 비교하고 조절 요소-유전자 연결성을 식별하기 위한 고해상도 판독 결과를 제공합니다.
- 중개 연구: 염색질 구조의 변화를 질환 메커니즘 및 바이오마커 개발과 연결합니다.
- 기업적 재사용: 다양한 세포 유형 및 시료 입력값에 걸쳐 염색질 상호작용 연구에 재사용 가능한 워크플로우를 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 유전자 조절 매핑 및 타겟 검증의 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 투입 요구량, 비용 및 재료 손실을 줄여 희귀 샘플 연구를 가능하게 합니다.
- 전략적 가치: 질환 관련 시스템의 조절 메커니즘을 명확히 함으로써 go/no-go 의사결정을 강화합니다.
- 포트폴리오 영향: 타겟 및 모델의 추진을 위한 위험 조정 우선순위 설정을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 염색질 생물학 및 고급 게노믹스 워크플로우에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 고감도 라이브러리 제작 및 시퀀싱 인프라에 대한 접근이 필요합니다.
- 저농도 입력 조건에서의 재현성을 위해 팀 간의 엄격한 표준화가 요구됩니다.
- 다양한 세포 유형이나 임상 시료 형식에 맞춰 조정이 필요할 수 있습니다.
- 실질적인 제한 사항으로는 입력 시료 품질에 대한 민감도와 희귀 시료의 재료 손실 가능성이 있습니다.
바이오 제약 FAQ
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:44
Lysis and Digestion of Scarce Cells
2:54
Ligation and Decrosslinking of Scarce Cell DNA
3:55
Sonication and Biotin Pull‐Down of Scarce Cells DNA
5:36
"dATP‐Tailing, Adapter Ligation,and PCR Amplification of Scarce Cell DNA"
9:04
"Library Capture, Biotin Pull‐Down, and PCR Amplification Using Scarce Cell DNA Library"
