Cientistas identificam 5.072 genes humanos essenciais

Cientistas identificam 5.072 genes humanos essenciais

Em um estudo publicado recentemente na revista célula Os pesquisadores examinaram a paisagem fenotípica de vários genes humanos essenciais indescritíveis para criar um recurso detalhado de genótipo-fenótipo que delineia as consequências fenotípicas da interrupção de processos celulares fundamentais.

Recurso: A paisagem fenotípica de genes humanos essenciais. Crédito da foto: Bilhões de fotos / Shutterstock

fundo

Determinar o papel dos genes essenciais em diferentes processos celulares, incluindo a visualização de suas contribuições para a morfologia celular, é crucial para a compreensão da base do crescimento, proliferação e funcionalidade celular.

Sobre estudar

No presente estudo, os pesquisadores conduziram primeiro Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) – triagem funcional baseada na proteína 9 associada a CRISPR (Cas9) e identificaram 5.072 genes essenciais que conferem aptidão. Em seguida, eles selecionaram quatro sequências de ácido ribonucleico de guia único (sgRNA) que tinham como alvo cada gene, bem como 250 sgRNAs “não direcionados”, de bibliotecas de sgRNA existentes.

Eles entregaram a biblioteca de sgRNA às células HeLa contendo uma construção Cas9 integrada induzível por doxiciclina. Em seguida, fixaram as células e amplificaram as sequências de sgRNA in situ. Eles então coraram e criaram imagens de células com quatro corantes que os ajudaram a visualizar a morfologia nuclear, a resposta ao dano do ácido desoxirribonucléico (DNA), microtúbulos e actina filamentosa.

Depois de classificar as células como interfásicas ou mitóticas, a equipe realizou análises posteriores. Essa triagem baseada em imagens forneceu imagens microscópicas que ajudaram os pesquisadores a extrair medições fenotípicas para 1.084 parâmetros de imagem celular, incluindo medições de intensidade, distribuição subcelular, colocalização pontual e tamanho e forma de células e núcleos. Os pesquisadores compararam identidades de sgRNA para mais de 31 milhões de células, com uma mediana de 6.119 células por gene alvo para quatro sgRNAs. Finalmente, os pesquisadores realizaram imagens agrupadas de células vivas para identificar genes necessários para a segregação cromossômica.

Resultados do estudo

A análise microscópica agrupada de mais de 31 milhões de células knockout individuais para milhares de genes humanos que conferem aptidão identificou contribuições específicas para processos biológicos centrais com base nos fenótipos celulares resultantes. Os parâmetros celulares são diretamente comparáveis ​​em uma grande população de células e são chamados de “impressões digitais” fenotípicas de um gene alvo. Ao comparar esses perfis fenotípicos, os pesquisadores definiram relações genéticas cofuncionais com resolução suficiente para distinguir papéis relacionados em processos celulares específicos. No entanto, apenas quatro corantes celulares foram suficientes para identificar relações funcionais entre genes através de diferentes vias biológicas, sem analisar marcadores celulares específicos correspondentes a cada via celular com função diferente.

Além de identificar relações estabelecidas, o presente trabalho forneceu diversas previsões para as contribuições de genes incompletamente caracterizados para processos celulares fundamentais. Por exemplo, a análise de agrupamento de fenótipos implicou C7orf26 como uma subunidade do complexo integrador central, C1orf131 como um regulador da biogênese do ribossomo e AKIRIN2 na função do proteassoma. Eles também identificaram nocautes genéticos que levam a defeitos na função mitótica, incluindo papéis inesperados dos transportadores ligados à membrana AQP7 e ATP1A1 e a osmolaridade celular na promoção da segregação cromossômica precisa.

Além disso, este artigo revelou o papel de vários reguladores de expressão gênica no controle da divisão celular, incluindo o fator de transcrição previsto ZNF335, o complexo DREAM (LIN52), o complexo de processamento de mRNA de 30 extremidades (CLP1) e o spliceossomo menor (RNPC3). a expressão de componentes específicos da divisão celular. Estes exemplos destacam o poder da triagem óptica para identificar genes cofuncionais em diversas vias biológicas, com potencial para novas descobertas a partir dos dados aqui publicados.

Conclusões

Os pesquisadores usaram eficientemente fenótipos complexos, multidimensionais e baseados em imagens para obter agrupamentos de genes funcionalmente relevantes em diversos processos celulares em uma escala muito maior do que qualquer tela de perfil agrupada baseada em imagem única. Como resultado, os pesquisadores agora têm uma fonte de dados poderosa para explorar e um ambiente de testes abrangente para desenvolver técnicas analíticas.

Duas proteínas poderiam atuar em uma única via biológica sem apresentar interação direta. Além de identificar com precisão genes cofuncionais em uma variedade de processos celulares, o presente estudo forneceu uma abordagem ortogonal altamente escalável para estudos de interação proteica em todo o proteoma. Além disso, o perfil fenotípico quantitativo baseado em imagens definiu notavelmente agrupamentos de genes para genes pan-essenciais, como. B. Componentes do ribossomo que não possuem requisitos diferentes entre as linhas celulares. Em muitos casos, esta análise também identificou genes adicionais e resolução mais refinada para seus agrupamentos de genes, permitindo a distinção entre subunidades centrais do ribossomo e fatores de biogênese do ribossomo.

A abordagem do estudo também foi muito bem sucedida na identificação de agrupamentos de genes para processos morfológicos, incluindo citocinese, transporte nuclear, condensação cromossômica e outros, que de outra forma seriam difíceis de identificar devido a alterações transcricionais. Também gerou dados de perfil complexos, e a identidade de perturbação para cada célula permitiu a correlação direta de múltiplos fenótipos de alta dimensão com perturbações individuais em um único experimento. No geral, telas de perfil CRISPR agrupadas baseadas em imagens, relativamente baratas, surgiram como uma estratégia robusta para definir redes genéticas e os papéis funcionais dos genes humanos. Além disso, as telas baseadas em imagens agrupadas eram comparativamente fáceis de dimensionar em comparação com as telas baseadas em imagens agrupadas, com controles mistos fornecendo uma base estatística robusta para comparações.

Referência:

• 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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