Nuevo enfoque revela la secuencia y la estructura de los genomas directamente dentro de las células
Crédito: Andrew Payne, Zack Chiang, Paul Reginato
Al llevar la secuenciación del ADN fuera del secuenciador y directamente a las células, científicos del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, el El Departamento de Células Madre y Biología Regenerativa de la Universidad de Harvard (HSCRB) y el Instituto Broad del MIT y Harvard han revelado una visión completamente nueva del genoma. Con un nuevo método para la secuenciación del genoma in situ publicado en Science, los investigadores pueden, por primera vez, ver exactamente cómo se organizan y empaquetan las secuencias de ADN dentro de las células.
El enfoque, cuyo desarrollo fue dirigido por el investigador del Instituto McGovern y miembro asociado del Instituto Broad, Ed Boyden, y el miembro de la facultad de HSCRB y miembro asociado de Broad, Jason Buenrostro, y el miembro de la facultad de HSCRB y miembro del instituto de Broad Core, Fei Chen, integra tecnología de secuenciación de ADN con microscopía para identificar con precisión donde las secuencias de ADN específicas se encuentran dentro de las células intactas. Si bien los métodos alternativos permiten a los científicos reconstruir información estructural sobre el genoma, esta es la primera tecnología de secuenciación que brinda a los científicos una mirada directa. La tecnología crea nuevas oportunidades para investigar una amplia gama de biología, desde preguntas fundamentales sobre cómo la organización tridimensional del ADN afecta su función hasta los cambios estructurales y los reordenamientos cromosómicos asociados con el envejecimiento, el cáncer, los trastornos cerebrales y otras enfermedades.
«La forma en que la estructura da lugar a la función es uno de los temas centrales de la biología», dijo Boyden. «Y la historia de la biología nos dice que cuando realmente puedes ver algo, puedes hacer muchos avances». Ver cómo se empaqueta el genoma de un organismo dentro de sus células podría ayudar a explicar cómo los diferentes tipos de células en el cerebro interpretan el código genético, o revelan patrones estructurales que marcan la diferencia entre la salud y la enfermedad, dijo. Además, señalaron los investigadores, la técnica también permite ver directamente cómo las proteínas y otros factores interactúan con partes específicas del genoma.
El nuevo método se basa en el trabajo en curso en los laboratorios de Boyden y Chen centrado en la secuenciación. ARN dentro de las células. Buenrostro colaboró con los dos científicos para adaptar la técnica para su uso con ADN. «Estaba claro que la tecnología que habían desarrollado sería una oportunidad extraordinaria para tener una nueva perspectiva sobre los genomas de las células», dijo.
Su enfoque comienza fijando las células en una superficie de vidrio para preservar su estructura. Luego, después de insertar pequeños adaptadores de ADN en el genoma, miles de segmentos cortos de ADN de aproximadamente 20 letras de código cada uno se amplifican y secuencian en sus ubicaciones originales dentro de las células. Finalmente, las muestras se muelen y se colocan en un secuenciador, que secuencia todo el ADN de las células, unas 300 letras a la vez. Al encontrar las secuencias cortas identificadas por ubicación dentro de esos segmentos más largos, el método señala la posición de cada uno dentro de la estructura tridimensional de la célula.
La secuenciación dentro de las células se realiza más o menos de la misma manera que el ADN. secuenciado dentro de un secuenciador estándar de próxima generación, explicó Boyden, observando bajo un microscopio cómo se copia una hebra de ADN usando bloques de construcción marcados con fluorescencia. Como en un secuenciador tradicional, cada uno de los cuatro componentes básicos del ADN, o nucleótidos, está etiquetado con un color diferente para que puedan identificarse visualmente a medida que se agregan a una hebra de ADN en crecimiento.
Boyden, Buenrostro, y Chen, quienes comenzaron su colaboración hace varios años, dijeron que la nueva tecnología representa un esfuerzo heroico por parte de los estudiantes graduados del MIT y Harvard Andrew Payne, Zachary Chiang y Paul Reginato, quienes tomaron la iniciativa en el desarrollo e integración de sus muchos pasos técnicos. y análisis computacional. Eso implicó recapitular los métodos utilizados en los secuenciadores comerciales e introducir varias innovaciones clave. «Algunos avances tecnológicos han hecho que esto pase de ser imposible a ser posible», dijo Chen.
El equipo ya ha utilizado el método para visualizar un genoma a medida que se reorganiza durante los primeros momentos de la vida. . Las representaciones de colores brillantes del ADN que secuenciaron dentro de un embrión de ratón muestran cómo la información genética heredada de cada padre permanece distinta y compartimentada inmediatamente después de la fertilización, y luego se entrelaza gradualmente a medida que avanza el desarrollo. Su secuenciación también revela cómo los patrones de organización del genoma, que muy temprano en la vida varían de una célula a otra, se transmiten a medida que las células se dividen, generando una memoria de los orígenes del desarrollo de cada célula. Ser capaz de ver estos procesos desarrollarse a través de células enteras en lugar de juntarlos a través de medios menos directos ofreció una nueva y espectacular visión del desarrollo, dicen los investigadores.
Mientras el equipo continúa mejorando la resolución espacial de la técnica y adaptarlo a una gama más amplia de tipos de células, han hecho que su método y el software asociado estén disponibles gratuitamente para otros laboratorios. Los investigadores esperan que este nuevo enfoque para la secuenciación del ADN cambie la forma en que las personas piensan sobre el estudio de la estructura del genoma y ayude a iluminar los patrones y las consecuencias de la organización del genoma en una variedad de contextos.
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La nueva herramienta utiliza la secuenciación del ARN para trazar mapas completos de la función celular y tisular Más información: La secuenciación del genoma in situ resuelve la secuencia y la estructura del ADN en muestras biológicas intactas Ciencia 31 de diciembre de 2020 : eaay3446. DOI: 10.1126/science.aay3446 Información de la revista: Science
Proporcionado por Broad Institute of MIT y Harvard Cita: Nuevo enfoque revela la secuencia y la estructura de los genomas directamente dentro de las células (6 de enero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-approach-reveals-genomes-sequence-cells.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.