由辛辛那提兒童和紐約大學(xué)的研究人員開發(fā)的一種新的數(shù)學(xué)方法可能很快就可以更容易地進(jìn)行更多的復(fù)雜數(shù)據(jù)分析，以推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療爆炸領(lǐng)域的進(jìn)步。

本月在Genome Research報(bào)道了該方法的原理證明結(jié)果。共同作者表示，他們能夠使用極少量的生物材料來繁殖 - 甚至擴(kuò)展 - 以前昂貴的努力，以確定調(diào)節(jié)T輔助17(TH17)功能的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子(TF)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞，一種免疫細(xì)胞類型，可防御細(xì)菌和真菌感染，但也可在發(fā)生故障時(shí)導(dǎo)致自身免疫疾病。

研究人員說，關(guān)于TH17細(xì)胞的學(xué)習(xí)本身就很重要。該數(shù)據(jù)將幾個(gè)TF添加到控制TH17細(xì)胞如何表現(xiàn)的已知轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(TRN)中。在未來幾年，這可能會(huì)導(dǎo)致更好的治療自身免疫性疾病，如多發(fā)性硬化癥，牛皮癬和炎癥性腸病。

然而，這一發(fā)現(xiàn)的潛在影響可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

“這種方法可以應(yīng)用于任何細(xì)胞類型，并且可以提供有關(guān)如何在多種疾病中控制靶細(xì)胞類型的新信息，”辛辛那提兒童計(jì)算生物學(xué)家，新作者的主要作者Emily Miraldi博士說。研究。

Miraldi說，在接下來的幾年里，有關(guān)控制特定細(xì)胞類型的TRN的詳細(xì)知識(shí)可以幫助研究人員找到提高免疫系統(tǒng)反應(yīng)的精確方法來攻擊癌癥腫瘤，或者夯實(shí)治療各種免疫疾病的反應(yīng)。

從1000萬個(gè)細(xì)胞樣本到少至500個(gè)樣本

利用現(xiàn)有方法，研究人員已經(jīng)了解了基因表達(dá)如何在健康和不健康的人之間發(fā)生差異。但是，學(xué)習(xí)如何安全地影響基因表達(dá)以改善健康狀況，需要深入研究TRN如何協(xié)調(diào)特定細(xì)胞類型，位置和條件下的行為。

Miraldi說，在許多疾病中，尤其是罕見的疾病，很難收集到足夠的細(xì)胞進(jìn)行這種分析。

例如，詳細(xì)介紹TH17細(xì)胞的初始調(diào)控網(wǎng)絡(luò)依賴于染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序(ChIP-seq)的數(shù)據(jù)，這是大約十年前推出的一項(xiàng)突破性技術(shù)。

但該工具需要多達(dá)1000萬個(gè)單元才能工作。Miraldi及其同事使用的方法產(chǎn)生了類似的結(jié)果，細(xì)胞減少了100倍。事實(shí)上，在某些情況下，數(shù)據(jù)可能來自只有500個(gè)細(xì)胞的樣本。

在新方法中，研究團(tuán)隊(duì)使用了一種名為“推理器”的基因表達(dá)模型算法的改進(jìn)版本，該算法整合了一種稱為轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)(ATAC-seq)測(cè)定的新技術(shù)的數(shù)據(jù)。

ATAC-seq僅在染色質(zhì)的部分上歸零 - 每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的長(zhǎng)的，盤繞的DNA鏈 - 對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而言是“開放的”。“ATAC-seq是多種ChIP-seq實(shí)驗(yàn)的可能替代方案。我稱之為窮人的ChIP-seq，”Miraldi說。

對(duì)ATAC-seq信息的分析還需要其他幾種工具，包括對(duì)數(shù)千種轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合偏好的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫(CisBP)。CisBP數(shù)據(jù)庫由辛辛那提兒童計(jì)算生物學(xué)家Matthew Weirauch博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)組建。

如果升級(jí)的推理器算法證明是有用的，它可以幫助減少一些動(dòng)物研究的需要。Miraldi說，與其花費(fèi)數(shù)月培養(yǎng)數(shù)百只仔細(xì)基因修飾的小鼠以產(chǎn)生足夠的靶細(xì)胞類型供應(yīng)，使用來自少至兩只或三只小鼠的細(xì)胞樣本可能獲得有效結(jié)果。

需要更多的研究來應(yīng)用和改進(jìn)新方法

Miraldi及其同事已經(jīng)開始進(jìn)行與這一發(fā)現(xiàn)相關(guān)的兩項(xiàng)研究。

一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用新方法在體內(nèi)構(gòu)建腸道免疫細(xì)胞的TRN。

另一個(gè)項(xiàng)目旨在改進(jìn)新方法，以便它可以應(yīng)用于更小的樣本，例如使用單細(xì)胞基因組學(xué)從人類患者中分離的樣本。