雖然近幾十年來(lái)，我們對(duì)人類(lèi)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(dòng)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(shí)驗(yàn)室研究細(xì)胞類(lèi)型的經(jīng)典技術(shù)面臨著局限性，無(wú)法實(shí)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(guó)家基因組分析中心(CNAG-CRG)的一組科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種基于數(shù)學(xué)圖論的新計(jì)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(shí)別與器官功能和疾病潛在驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)工具對(duì)于發(fā)現(xiàn)未知細(xì)胞類(lèi)型非常有用，”CNAG-CRG高級(jí)博士后研究員、該研究的第一作者喬瓦尼雅科諾說(shuō)?！斑@些工具使我們能夠描述具有獨(dú)特生物學(xué)功能和層次關(guān)系的新類(lèi)型和亞型細(xì)胞，”他補(bǔ)充道。
到目前為止，單細(xì)胞分析已經(jīng)被用來(lái)了解細(xì)胞類(lèi)型及其在組織中的功能。單細(xì)胞基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人霍爾格海恩(Holger Heyn)表示：“像人類(lèi)細(xì)胞圖譜(Human Cell Atlas)項(xiàng)目這樣的大型財(cái)團(tuán)已經(jīng)制作出了整個(gè)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(jiàn)解。CNAG-CRG，本文資深作者。
這個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(guò)程，”雅科諾強(qiáng)調(diào)。
該工具基于圖論，這是一個(gè)抽象的數(shù)學(xué)模型，節(jié)點(diǎn)由邊連接。一旦有了圖和結(jié)構(gòu)，就可以衡量每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的重要性。在這種情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)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(gè)細(xì)胞的數(shù)據(jù)集，以推斷驅(qū)動(dòng)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(diǎn)打開(kāi)了大門(mén)。
“我們開(kāi)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(dòng)如何塑造組織和器官。這對(duì)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(shuō)。
這個(gè)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。“我們將應(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(jìn)一步的研究中得到驗(yàn)證?！毖趴浦Z說(shuō)。
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