UVA sveikatos tyrėjai kuria naują priemonę genomikos ir ligų tyrimams tobulinti

UVA sveikatos tyrėjai kuria naują priemonę genomikos ir ligų tyrimams tobulinti

UVA sveikatos tyrėjai sukūrė svarbią naują priemonę, padedančią mokslininkams atskirti signalus nuo triukšmo, kai jie tyrinėja genetines vėžio ir kitų ligų priežastis. Naujoji priemonė ne tik skatina mokslinius tyrimus ir gali paspartinti naujus gydymo būdus, bet ir gali padėti pagerinti vėžio diagnozę, nes gydytojams bus lengviau aptikti vėžines ląsteles.

Naujasis įrankis, kurį sukūrė UVA mokslų daktaras Chongzhi Zang ir jo komanda bei bendradarbiai, yra matematinis modelis, padėsiantis užtikrinti „didžiųjų duomenų“ apie mūsų chromosomų statybinius blokus, genetinę medžiagą, vadinamą chromatinu, vientisumą. Chromatinas – DNR ir baltymų derinys – atlieka svarbų vaidmenį kontroliuojant mūsų genų veiklą. Kai chromatinas sugenda, jis gali paversti sveiką ląstelę vėžiu arba prisidėti prie kitų ligų.

Genetika ir genomika e-knyga

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųsti nemokamą kopiją

Dabar mokslininkai gali tirti chromatiną atskirose ląstelėse naudodami pažangiausią technologiją, vadinamą vienos ląstelės ATAC-seq, tačiau tai sukuria milžinišką duomenų kiekį, įskaitant daug triukšmo ir iškraipymų. Naujasis „Zang“ įrankis tai pašalina, išgelbėdamas mokslininkus nuo klaidingų žinių ir švaistomų pastangų.

Geriausiais laikais didelio masto pavienių ląstelių genominiai tyrimai yra tarsi „adatos medžioklė šieno kupetoje“, – sako Zangas. Tačiau jo naujasis įrankis padės tai padaryti daug lengviau, nes pašalins daug blogo šieno.

Tradiciniu duomenų analizės būdu galite pamatyti kai kuriuos modelius, kurie atrodo kaip tikri tam tikros chromatino būsenos signalai, tačiau yra klaidingi dėl pačios eksperimentinės technologijos šališkumo. Tokie netikri signalai gali suklaidinti mokslininkus. Sukūrėme modelį, kaip geriau užfiksuoti ir išfiltruoti tokius klaidingus signalus, kad tikroji adata, kurios ieškome, galėtų lengviau išsiskirti iš šieno.

Chongzhi Zang, mokslų daktaras, UVA visuomenės sveikatos genomikos centro ir UVA sveikatos vėžio centro skaičiavimo biologas

Apie genomikos įrankį

Naujasis „Zang“ įrankis pritaiko skaičių teorijos ir kriptologijos modelį, vadinamą „paprastuoju kodavimu“. Jis ir jo kolegos tai panaudojo koduodami DNR sekas į matematines formas ir galiausiai konvertuodami sudėtingą genomo seką į daug paprastesnę matematinę formą. Tada galite palyginti skirtingas formas, kad aptiktumėte sekos duomenų iškraipymus ir triukšmą, kurių nėra lengva rasti naudojant tradicinius metodus.

"DNR sekų sudėtingumas didėja eksponentiškai, kai jos ilgėja. Jas sunku modeliuoti, nes tipiškame duomenų rinkinyje yra milijonai sekų iš tūkstančių ląstelių", - sakė Shengen Shawn Hu, PhD, Zang laboratorijos tyrėjas ir pagrindinis šio darbo autorius. "Tačiau simplekso kodavimo modelis gali tiksliai įvertinti sekos iškraipymus dėl savo gražių matematinių savybių."

Įrankio bandymai parodė, kad jis žymiai geriau analizavo sudėtingus vienos ląstelės duomenis, kad būtų galima apibūdinti skirtingus ląstelių tipus. Tai svarbu tiek pagrindiniams biologiniams tyrimams, tiek ligų diagnostikai, kai gydytojai turi aptikti nedidelį ligos ląstelių skaičių daug didesniuose mėginiuose, nuo dešimčių tūkstančių iki milijonų ląstelių.

"Iškraipymus rasti nebuvo lengva, nes jie buvo susipynę su tikrais signalais ir paslėpti dideliuose duomenų kiekiuose. Galbūt nebūtų didelė problema, jei žmonės pasirinktų stipriausius signalus iš daugybės ląstelių", - sakė Zangas. kuris neseniai vadovavo keletui kitų vienaląsčių genomikos tyrimų, tiriančių vainikinių arterijų ligą ir žarnyno vystymąsi. "Tačiau kai žiūrite į vienos ląstelės duomenis, nebėra jokių žemai kabančių vaisių. Signalai visada yra silpni atskirų ląstelių lygiu, o triukšmo ir iškraipymo poveikis gali būti katastrofiškas. Į šališkumo korekciją dažnai nepaisoma, tačiau ji gali būti labai svarbi atliekant vieno langelio duomenų analizę."

Kad naujasis įrankis būtų plačiai prieinamas, mokslininkai sukūrė nemokamą atvirojo kodo programinę įrangą ir paskelbė ją internete. Programinę įrangą galima rasti adresu https://github.com/zang-lab/SELMA ir pas https://doi.org/10.5281/zenodo.7048767.

"Tikimės, kad šis įrankis gali būti naudingas biomedicinos tyrimų bendruomenei tiriant chromatino biologiją ir genomiką ir galiausiai paremti ligų tyrimus", - sakė Zangas. „Visada įdomu matyti, kaip mūsų kolegos naudoja mūsų sukurtas priemones, kad padarytų svarbius mokslinius atradimus savo tyrimuose.

Rezultatai paskelbti

Mokslininkai paskelbė savo rezultatus žurnale Nature Communications. (Straipsnis yra atviros prieigos, vadinasi, skaityti nemokamai.) Komandą sudarė Shengen Shawn Hu, Lin Liu, Qi Li, Wenjing Ma, Michael J. Guertin, Clifford A. Meyer, Ke Deng, Tingting Zhang ir Chongzhi Zang.

Zang yra UVA visuomenės sveikatos mokslų, biochemijos ir molekulinės genetikos bei biomedicinos inžinerijos katedrų dalis. Biomedicininės inžinerijos katedra yra UVA medicinos mokyklos ir inžinerijos mokyklos bendradarbiavimas.

Darbas buvo paremtas Nacionalinių sveikatos institutų dotacijų R35GM133712, K22CA204439 ir R35GM128635; Nacionalinis mokslo fondas, Grant NSF-796 2048991; Pitsburgo universiteto tyrimų skaičiavimo centras; UVA vėžio centras; ir Nacionalinio sveikatos instituto Nacionalinio vėžio instituto Vėžio centro paramos dotacija P30 CA44579.

Šaltinis:

Virdžinijos universiteto sveikatos sistema

Nuoroda:

Hu, SS ir kt. (2022) Vidinis šališkumo įvertinimas, skirtas pagerinti masinių ir vienaląsčių chromatino prieinamumo profilių analizę naudojant SELMA. Gamtos bendravimas. doi.org/10.1038/s41467-022-33194-z.

.