Los científicos identifican 5.072 genes humanos esenciales

Los científicos identifican 5.072 genes humanos esenciales

En un estudio publicado recientemente en la revista celúla Los investigadores examinaron el panorama fenotípico de varios genes humanos esenciales esquivos para crear un recurso genotipo-fenotipo detallado que describa las consecuencias fenotípicas de la alteración de los procesos celulares fundamentales.

Recurso: El panorama fenotípico de los genes humanos esenciales.. Crédito de la foto: Mil millones de fotos/Shutterstock

fondo

Determinar el papel de genes esenciales en diferentes procesos celulares, incluida la visualización de sus contribuciones a la morfología celular, es crucial para comprender las bases del crecimiento, la proliferación y la funcionalidad de las células.

Sobre estudiar

En el presente estudio, los investigadores realizaron por primera vez repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas (CRISPR): un cribado funcional basado en la proteína 9 (Cas9) asociada a CRISPR e identificaron 5.072 genes esenciales que confieren aptitud física. A continuación, seleccionaron cuatro secuencias de ácido ribonucleico de guía única (sgRNA) que se dirigían a cada gen, así como 250 sgRNA "no dirigidos", de bibliotecas de sgRNA existentes.

Entregaron la biblioteca de sgRNA a células HeLa que contienen una construcción Cas9 integrada inducible por doxiciclina. A continuación, fijaron las células y amplificaron las secuencias de sgRNA in situ. Luego tiñeron y tomaron imágenes de las células con cuatro tintes que les ayudaron a visualizar la morfología nuclear, la respuesta al daño del ácido desoxirribonucleico (ADN), los microtúbulos y la actina filamentosa.

Después de clasificar las células como en interfase o mitóticas, el equipo realizó análisis posteriores. Esta evaluación basada en imágenes proporcionó imágenes microscópicas que ayudaron a los investigadores a extraer medidas fenotípicas para 1.084 parámetros de imágenes celulares, incluidas medidas de intensidad, distribución subcelular, colocalización de manchas y tamaño y forma de células y núcleos. Los investigadores compararon las identidades de sgRNA de más de 31 millones de células, con una mediana de 6.119 células por gen objetivo para cuatro sgRNA. Finalmente, los investigadores realizaron imágenes agrupadas de células vivas para identificar los genes necesarios para la segregación cromosómica.

Resultados del estudio

El análisis microscópico conjunto de más de 31 millones de células knockout individuales para miles de genes humanos que confieren aptitud física identificó contribuciones específicas a procesos biológicos centrales basados ​​en los fenotipos celulares resultantes. Los parámetros celulares son directamente comparables en una gran población de células y se denominan "huellas dactilares" fenotípicas de un gen diana. Al comparar estos perfiles fenotípicos, los investigadores definieron relaciones de genes cofuncionales con suficiente resolución para distinguir roles relacionados en procesos celulares específicos. Sin embargo, sólo cuatro tintes celulares fueron suficientes para identificar relaciones funcionales entre genes a través de diferentes vías biológicas, sin analizar marcadores celulares específicos correspondientes a cada vía celular con una función diferente.

Además de identificar relaciones establecidas, el trabajo actual proporcionó varias predicciones sobre las contribuciones de genes caracterizados de forma incompleta a procesos celulares fundamentales. Por ejemplo, el análisis de agrupamiento de fenotipos implicó a C7orf26 como una subunidad del complejo integrador central, a C1orf131 como regulador de la biogénesis de los ribosomas y a AKIRIN2 en la función del proteosoma. También identificaron genes knockout que conducen a defectos en la función mitótica, incluidas funciones inesperadas de los transportadores unidos a la membrana AQP7 y ATP1A1 y la osmolaridad celular en la promoción de una segregación cromosómica precisa.

Además, este artículo reveló el papel de varios reguladores de la expresión génica en el control de la división celular, incluido el factor de transcripción predicho ZNF335, el complejo DREAM (LIN52), el complejo de procesamiento de ARNm de 30 extremos (CLP1) y el espliceosoma más pequeño (RNPC3). la expresión de componentes específicos de la división celular. Estos ejemplos resaltan el poder del cribado óptico para identificar genes cofuncionales en diversas vías biológicas, con el potencial de realizar más descubrimientos a partir de los datos publicados aquí.

Conclusiones

Los investigadores utilizaron de manera eficiente fenotipos complejos, multidimensionales y basados ​​en imágenes para obtener grupos de genes funcionalmente relevantes a través de diversos procesos celulares a una escala mucho mayor que cualquier pantalla de perfiles agrupados basada en imágenes individuales. Como resultado, los investigadores ahora tienen una poderosa fuente de datos para explorar y un entorno de prueba integral para desarrollar técnicas analíticas.

Dos proteínas podrían actuar en una única vía biológica sin mostrar una interacción directa. Además de identificar con precisión genes cofuncionales en una variedad de procesos celulares, el estudio actual proporcionó un enfoque ortogonal altamente escalable para estudios de interacción de proteínas en todo el proteoma. Además, el perfil fenotípico cuantitativo basado en imágenes definió notablemente grupos de genes para genes panesenciales, como. B. Componentes del ribosoma que no tienen requisitos diferentes entre líneas celulares. En muchos casos, este análisis también identificó genes adicionales y una resolución más fina para sus grupos de genes, lo que permitió distinguir entre las subunidades centrales de los ribosomas y los factores de biogénesis de los ribosomas.

El enfoque del estudio también tuvo mucho éxito en la identificación de grupos de genes para procesos morfológicos, incluida la citocinesis, el transporte nuclear, la condensación cromosómica y otros, que de otro modo serían difíciles de identificar debido a cambios transcripcionales. También generó datos de perfil complejos, y la identidad de perturbación para cada célula permitió la correlación directa de múltiples fenotipos de alta dimensión con perturbaciones individuales en un solo experimento. En general, las pantallas de creación de perfiles CRISPR agrupadas basadas en imágenes, relativamente económicas, han surgido como una estrategia sólida para definir las redes genéticas y las funciones funcionales de los genes humanos. Además, las pantallas basadas en imágenes agrupadas fueron comparativamente fáciles de escalar en comparación con las pantallas basadas en imágenes agrupadas, y los controles mixtos proporcionaron una base estadística sólida para las comparaciones.

Referencia:

• Die phänotypische Landschaft wesentlicher menschlicher Gene, Luke Funk, Kuan-Chung Su, Jimmy Ly, David Feldman, Avtar Singh, Brittania Moodie, Paul C.Blainey, Iain M.Cheeseman, Cell 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.017, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0092867422013599

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