基因组记录使活细胞成为自己的历史学家

发布时间：2024-09-23 10:01:09 栏目：生活

导读 现在，基因组可以用来存储活细胞内发生的各种瞬时生物事件的信息，就像飞行记录器收集飞机上的数据一样。我们的方法被简称为 ENGRAM，旨在...



现在，基因组可以用来存储活细胞内发生的各种瞬时生物事件的信息，就像飞行记录器收集飞机上的数据一样。“我们的方法被简称为 ENGRAM，旨在将细胞变成自己的历史学家，”华盛顿大学医学院基因组科学教授、布罗特曼·巴蒂精准医学研究所科学主任杰伊·申杜尔博士说。申杜尔与前研究生魏晨和前博士后研究员崔俊宏一起领导了这项工作。崔俊宏现在是纽约纪念斯隆凯特琳癌症中心的助理研究员。

ENGRAM 是增强子驱动的多重转录活动基因组记录的缩写。该缩写的灵感来自一个神经科学术语，指的是记忆的物理基础。

今天(7 月 17 日)， 《自然》杂志发表了一份概念验证报告，展示了 ENGRAM 的部分功能。

“ENGRAM 将每一种生物信号或事件与一个符号条形码联系起来。这种方法提供了一种新颖的记录方法，并补充了之前开发的分子记录技术。”现任华盛顿大学医学研究所蛋白质设计博士后的陈伟说道。

这种新策略通过将信息插入基因组来追踪和存档生物信号的类型和时间。例如，这可以包括监视打开或关闭基因的命令。此类记录可能包含有关干细胞内部发生的事情的线索，这些事情促使它们变成不同的细胞类型。它还可能提供有关细胞如何运作以及它们的过去如何影响其未来的其他问题的见解。

Shendure 表示，创建细胞活动的生物记录是一个古老的想法。然而，研究人员在测量同一系统中的多个信号以及记录多个信号发生的顺序时遇到了困难。

几年前，Choi、Shendure 和他们的同事们用一种叫做 DNA 打字机的方法克服了其中的一些障碍。利用这个系统，研究人员可以有序地将许多符号写入 DNA。然而，如何为每个符号编码生物学含义仍然是一个挑战。

Shendure 表示：“DNA 打字机类似于带有许多符号的键盘。借助 ENGRAM，我们可以将这些符号与各种感兴趣的生物信号联系起来。”

在今天的《自然》杂志上，Shendure 和他的团队描述了符号记录如何跟踪控制邻近基因蛋白质生成的非编码 DNA 区域的活动。他们还展示了如何将 ENGRAM 与 DNA 打字机结合起来。科学家们能够记录数十到数百种此类基因调控元件的细胞类型特异性活动。

他们追踪的某些区域是胚胎发育若干方面背后的基因调控网络的一部分。他们追踪的其他信号介导细胞对压力的反应、对感染的免疫反应以及细胞存活。

他们还利用 ENGRAM 对小鼠干细胞聚集成胚胎类器官(一种小鼠​​胎儿发育的实验室模型)的过程进行每日记录。ENGRAM 最终可能有助于解答诸如细胞信号传导事件的历史如何塑造小鼠胚胎的个体特征等问题。

Junhong Choi 表示：“我们受到 CRISPR 领域新进展的启发，开发了 ENGRAM 和 DNA 打字机系统，我想这些论文将激励其他人进一步改进基因组记录技术——也许有一天我们会记录下细胞的整个历史。”

开发 ENGRAM 的研究人员表示，还需要开展更多工作才能认识到它和相关的基于基因组的记录技术的潜在作用。

Shendure 表示：“这是一种在生命系统中捕获生物信息的策略。它并不只针对癌症或神经科学等特定领域，而是有望广泛应用。”

Shendure 指出，论文中涉及的研究对 西雅图合成生物学中心的发展发挥了重要作用。该中心是艾伦研究所、陈·扎克伯格计划和华盛顿大学于去年 12 月启动的一项合作项目。Shendure 担任该项目的首席科学主任，正在设计新技术来记录细胞随时间的变化历史。

今天在《自然》杂志上报道的研究成果得到了保罗·G·艾伦前沿小组、亚历克斯柠檬水摊基金会、美国国家人类基因组研究所 (UM1HG011586、K99HG012973) 以及布罗特曼·巴蒂精准医学研究所的资助。Shendure 是霍华德·休斯医学研究所的研究员。