science >> Wetenschap >  >> Biologie

Kuikenembryo's leveren waardevolle genetische gegevens voor het begrijpen van de menselijke ontwikkeling

Representatieve afbeeldingen van kippenembryo's die worden gebruikt voor RNA-bereiding en daaropvolgende CAGE-sequencing. Bovenste panelen tonen embryo's in de eerste dag van embryonale ontwikkeling (21 dagen in totaal), gelijk aan de eerste vijf weken van de menselijke zwangerschap (eerste drie weken van de menselijke ontwikkeling na de bevruchting). Onderste panelen tonen embryo's vanaf de oprichting van de bloedsomloop tot ongeveer een week voor het uitkomen, vergelijkbaar met het begin van het derde trimester in de menselijke ontwikkeling. Krediet:professor Guojun Sheng

Vroeg ontwikkelingsonderzoek op menselijke embryo's is om ethische overwegingen onmogelijk, en is technisch moeilijk uit te voeren bij andere zoogdieren, waardoor middelen voor dit soort onderzoek uiterst zeldzaam zijn. Bijvoorbeeld, het Functional Annotation of Mammalian Genome (FANTOM) 5-project in Japan, opgericht in 2000, is een wereldwijd samenwerkingsproject met als doel het identificeren van alle functionele elementen in het genoom van zoogdieren, maar het heeft geen op Cap Analysis of Gene Expression (CAGE) gebaseerde transcriptiestartplaatsgegevens (TSS) voor menselijke embryo's of voor muizenembryo's die vroege ontwikkelingsstadia vertegenwoordigen.

Om dit gebrek aan informatie te omzeilen, een internationale samenwerking van onderzoekers uit Japan (Kumamoto University &RIKEN), Rusland (Kazan Federale Universiteit), Spanje (Universiteit van Cantabrië), en Australië (University of Western Australia) heeft 's werelds eerste genoom-brede set van aviaire TSS's samengesteld. Deze plaatsen markeren het startpunt voor transcriptie en zijn uiterst belangrijk voor celdifferentiatie en embryo-ontwikkeling tot aan de geboorte, of, in het geval van een vogelsoort, tot het uitkomen. Terwijl vogels er heel anders uitzien dan mensen, vroege ontwikkelingsstadia lijken erg op elkaar, en het is aangetoond dat ongeveer 60% van de menselijke eiwitcoderende genen één-op-één correspondentie hebben met kippenorthologen (genen die zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder).

Met behulp van CAGE-technologie, een zeer betrouwbare methode voor het vinden van TSS's en cis-regulerende elementen (die sequentieblokken die de positie en robuustheid van transcriptie reguleren) in het genoom gedurende de volledige ontwikkelingsperiode van kuikens, de medewerkers waren in staat om 60% van alle ontwikkelingskippen TSS's in kaart te brengen op het meest recente kippengenoom, waarbij de andere 40% waarschijnlijk nog niet-gekarakteriseerde alternatieve promotors of niet-coderende RNA-genen zijn. Het bijgewerkte genoom is toegevoegd aan de interactieve, online platform ZENBU (Het Japanse woord "zenbu" vertaalt naar "all" in het Engels.) onder de naam "Chicken-ZENBU" en is gratis voor iedereen.

De onderzoekers toonden ook aan dat hun genoom-brede TSS-mapping kan worden toegepast op CRISPR-on-technologie om specifieke genen tijdens de ontwikkeling te activeren door met succes het T-gen voor het Brachyury-eiwit te activeren dat codeert in het ontwikkelingsstadium HH10 (ongeveer 1,5 dag ontwikkeling na het leggen). Deze prestatie werd gevolgd door verschillende meer succesvolle genactiveringen, waardoor de effectiviteit van CRISPR-on werd aangetoond in combinatie met TSS-mapping.

"Tijdens het ontwikkelen van onze CAGE-gebaseerde ontwikkelings-TSS-profileringsmethode, we identificeerden nieuwe transcriptiefactoren en hun regulerende modules, evenals verschillende nieuwe huishoudgenen, " zei projectleider professor Guojun Sheng van het IRCMS van de Kumamoto University. "We verwachten dat dit werk en de gegevens die we hebben toegevoegd aan de ZENBU online database het ontwikkelingsonderzoek bij zowel vogels als zoogdieren aanzienlijk zullen bevorderen."