基因如何相互作用來構(gòu)建組織和生物

雖然近幾十年來，我們對人類細(xì)胞和組織的了解穩(wěn)步增加，但許多事情仍然是未知的。例如，細(xì)胞以一種短暫的動態(tài)狀態(tài)存在，了解它們是破譯疾病和尋找治療方法的基礎(chǔ)。實驗室研究細(xì)胞類型的經(jīng)典技術(shù)面臨著局限性，無法實現(xiàn)細(xì)胞功能的精細(xì)細(xì)節(jié)。

為了克服這一障礙，由Holger Heyn領(lǐng)導(dǎo)的西班牙巴塞羅納基因組調(diào)控中心(CRG)的國家基因組分析中心(CNAG-CRG)的一組科學(xué)家開發(fā)了一種基于數(shù)學(xué)圖論的新計算工具，以推斷健康和病理器官的全球大規(guī)模調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，例如那些受糖尿病或阿爾茨海默病影響的器官。研究人員可以識別與器官功能和疾病潛在驅(qū)動因素相關(guān)的基因。他們將在最新一期的《基因組生物學(xué)》雜志上發(fā)表他們的發(fā)現(xiàn)。

“我們之前開發(fā)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)工具對于發(fā)現(xiàn)未知細(xì)胞類型非常有用，”CNAG-CRG高級博士后研究員、該研究的第一作者喬瓦尼雅科諾說?！斑@些工具使我們能夠描述具有獨特生物學(xué)功能和層次關(guān)系的新類型和亞型細(xì)胞，”他補充道。

到目前為止，單細(xì)胞分析已經(jīng)被用來了解細(xì)胞類型及其在組織中的功能。單細(xì)胞基因組學(xué)團隊負(fù)責(zé)人霍爾格海恩(Holger Heyn)表示：“像人類細(xì)胞圖譜(Human Cell Atlas)項目這樣的大型財團已經(jīng)制作出了整個生物體的單細(xì)胞圖譜，這需要復(fù)雜的分析策略，才能將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為破壞性的生物學(xué)和臨床見解。CNAG-CRG，本文資深作者。

這個科學(xué)團隊開發(fā)的工具現(xiàn)在將使他們走得更遠(yuǎn)，看看基因如何相互作用形成組織?！拔覀兊墓ぞ咴噲D精確解決控制細(xì)胞形態(tài)和功能的調(diào)節(jié)過程，”雅科諾強調(diào)。

該工具基于圖論，這是一個抽象的數(shù)學(xué)模型，節(jié)點由邊連接。一旦有了圖和結(jié)構(gòu)，就可以衡量每個節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)的重要性。在這種情況下，每個節(jié)點都是一個基因，重要性被定義為基因的功能是研究中的生物系統(tǒng)的關(guān)鍵。

CNAG-CRG研究人員處理了數(shù)千個細(xì)胞的數(shù)據(jù)集，以推斷驅(qū)動細(xì)胞表型形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其各自的功能。他們用自己的工具研究二型糖尿病病和阿爾茨海默病，可以找出與這些疾病相關(guān)的功能變化。重要的是，這為尋找新的藥物靶點打開了大門。

“我們開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分析超越了目前應(yīng)用的方法，我們可以深入了解基因活動如何塑造組織和器官。這對于了解這些被網(wǎng)絡(luò)破壞的疾病，找到有效的治療“跟腱”非常重要。海因說。

這個工具可能適用于任何疾病，從阿爾茨海默病到慢性淋巴細(xì)胞白血病?！拔覀儗?yīng)用我們的工具為許多疾病提出新的靶基因，然后可以在進一步的研究中得到驗證?！毖趴浦Z說。

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