Wetenschap
GoT-ChA:Nieuw hulpmiddel onthult hoe genmutaties cellen beïnvloeden
Een team onder leiding van onderzoekers van Weill Cornell Medicine en het New York Genome Center heeft een geavanceerde methode ontwikkeld om te onthullen hoe genmutaties de normale verpakking van DNA verstoren. Deze structurele veranderingen, die patronen van genactiviteit in een cel veranderen, staan bekend als epigenetische veranderingen en kunnen tot maligniteit leiden.
De nieuwe methode, beschreven in een artikel gepubliceerd in Nature , biedt biologen een krachtig hulpmiddel dat op veel onderzoeksgebieden kan worden toegepast, van de fundamentele celbiologie tot de studie van het ontstaan van kanker. De onderzoekers demonstreerden de nieuwe methode door deze te gebruiken om te verduidelijken hoe een veel voorkomende genmutatie zijn effecten uitoefent op twee zeldzame bloedkankers.
"Deze nieuwe techniek zou brede toekomstige verkenningen van de verbanden tussen mutaties en epigenetische veranderingen in de context van kanker en aanverwante aandoeningen mogelijk moeten maken", zegt senior auteur van het onderzoek Dr. Dan Landau, hoogleraar geneeskunde bij de afdeling Hematologie en Medische Oncologie van Weill. Cornell Medicine en lid van de kernfaculteit van het New York Genome Center.
De studie werd mede geleid door Dr. Franco Izzo, een postdoctoraal onderzoeker in het Landau Lab tijdens de studie, nu assistent-professor aan de Icahn School of Medicine op de berg Sinaï.
De nieuwe prestatie is de nieuwste in een reeks innovaties op het gebied van single-cell profilering van de onderzoeksgroep van Landau. Dergelijke methoden, ook wel ‘single-cell multi-omics’-methoden genoemd, stellen onderzoekers in staat DNA-mutaties, genactiviteitspatronen, celoppervlakte-eiwitten en andere informatielagen te karakteriseren – allemaal in een individuele cel, waarbij gebruik wordt gemaakt van automatisering om vele duizenden gegevens te verwerken. cellen tegelijk.
Daarentegen worden oudere methoden gebruikt op bulkmonsters, die doorgaans mengsels van verschillende celtypen bevatten, evenals zowel gemuteerde als niet-gemuteerde cellen, waardoor elke analyse aanzienlijk wordt beperkt.
In dit geval ontwikkelde het team een gevoeliger en nauwkeurigere eencellige methode voor het detecteren van interessante DNA-mutaties. Vervolgens combineerden ze dit met een nieuwe techniek om de ‘toegankelijkheid van chromatine’ van een cel in kaart te brengen – in wezen de plaatsen waar DNA relatief open en toegankelijk is voor gentranscriptie – als een breed beeld van de epigenetische toestand van de cel.
De onderzoekers noemden deze gepaarde technieken ‘Genotypering van gerichte loci met single-cell Chromatin Accessibility’ of ‘GoT-ChA’ en toonden aan dat ze GoT-ChA konden integreren met single-cell-methoden voor het profileren van andere informatielagen zoals RNA’s en cel- oppervlakte-eiwitten.
De wetenschappers demonstreerden de kracht van hun nieuwe toolkit door deze te gebruiken om bloedcellen te bestuderen die zijn bemonsterd bij patiënten met twee zeldzame bloedkankers, polycythaemia vera en myelofibrose. Deze vormen van kanker worden meestal veroorzaakt door een specifieke mutatie in een gen genaamd JAK2, een mutatie die bij andere aandoeningen betrokken is en ook bij veel ogenschijnlijk gezonde mensen wordt aangetroffen.
Beide kankers vertonen ook verstoringen van het normale rijpingsproces van bloedcellen, wat impliceert dat de JAK2-mutatie significante epigenetische veranderingen induceert – maar de beperkingen van oudere methoden zorgden ervoor dat deze epigenetische veranderingen en andere stroomafwaartse effecten van de mutatie niet goed werden begrepen. Met GoT-ChA konden de onderzoekers deze effecten tot in detail in kaart brengen.
"Er werd gedacht dat bij myelofibrose bijvoorbeeld de beenmergontsteking wordt veroorzaakt door de micro-omgeving van het beenmerg, maar we ontdekten dat inflammatoire veranderingen in bloedstamcellen direct het gevolg zijn van de JAK2-mutatie en ook afhankelijk zijn van het celtype", zegt Landau. ook lid van het Sandra and Edward Meyer Cancer Center en het Englander Institute of Precision Medicine van Weill Cornell Medicine.
De resultaten suggereren dat krachtige nieuwe JAK2-remmers, die momenteel in ontwikkeling zijn, nuttig zouden kunnen zijn bij de behandeling van myelofibrosepatiënten, zei hij.
Landau merkte op dat GoT-ChA over het algemeen nuttig zou moeten zijn voor het bestuderen van omstandigheden waarin DNA-mutaties – die om verschillende redenen gedurende het hele leven kunnen ontstaan – slechts in een minderheid van de cellen in een orgaan aanwezig zijn en daarom moeilijk of onmogelijk te bestuderen zijn met traditionele methoden. , pre-single-cell technieken.
De co-eerste auteurs van het onderzoek waren, naast Izzo, M.D.-Ph.D. student Robert Myers, postdoctoraal collega Saravanan Ganesan, en promovendus Levan Mekerishvili, allen van het Landau Laboratory.