Gesundheit

Gen-Aktivität Datenbank ersparen könnte Tausende von Mäusen

Die Daten, veröffentlicht in „Nature Communications“ und über eine online-app, zeigt die Aktivität von jedem Maus-gen-mehr als 45.000 Gene — im Blut von Mäusen, die mit zehn verschiedenen Krankheiten. Für die sechs Krankheiten, die die Lunge, Proben aus der Lunge wurden ebenfalls untersucht.

Früher haben die Wissenschaftler hätten zu erstellen, zu infizieren, zu pflücken, erhalten Proben von Mäusen und extrahieren und sequenzieren der RNA zu untersuchen Gene, die Sie interessiert sind in. Mithilfe einer neuen app, die das Labor erstellt für diese Studie werden die Forscher in der Lage sein zu überprüfen, die Aktivität von jedem gen in einer Reihe von Krankheiten, ohne Ihre eigenen Mäuse. Dies könnte verhindern, dass Tausende von Mäusen verwendet, die in den einzelnen Experimenten.

Das Forschungsteam, geführt von Crick Gruppenleiter Anne O’Garra und co-Leitung von Christine Graham, arbeitete mit vielen Mitstreitern aus der Crick, Großbritannien und den USA. Sie verwendet die next-generation-sequencing-Technologie, RNA-seq‘, zur Messung der gen-Aktivität auf die verschiedenen Krankheiten. Wie die Gene müssen transkribieren Ihre DNA in RNA um die Funktion, die Analyse der RNA zeigt, wie aktiv jedes gen ist-in diesem Fall nach der Infektion oder allergen challenge.

„Gen-Aktivität kann uns zeigen, wie der Körper reagiert auf Infektionen und Allergene“, erklärt Anne. „Es gibt Tausende von Genen, die in keiner Immunantwort, so Akul Singhania, ein Bioinformatik-Postdoc in unserem Labor verwendet erweiterte bioinformatische Ansätze zur cluster die Gene, die in Module. Diese Module repräsentieren Cluster von Genen, die co-reguliert und kann oft mit Kommentaren versehen werden, um zu bestimmen, Ihre Funktion und Ihre bekannten physiologischen Rollen. Zum Beispiel, der 38-Lungen-Module es ist ein Modul im Zusammenhang mit Allergien, und gesehen nur in der Allergie-Modell, mit über 100 Gene und ein weiteres Modul im Zusammenhang mit T-Zellen enthält über 200 Gene.“

„Durch die Sequenzierung sowohl Lungengewebe und Blut, wir können auch sehen, wie die Immunantwort im Blut spiegelt die lokale Antwort in der Lunge, und Umgekehrt. Dies wird uns helfen, zu verstehen, was wir lernen können aus der genetischen Signaturen im Blut, da für die meisten Krankheiten, ärzte können nicht realistisch bekommen, Lungen-Proben von Patienten.“

Mit der neuen app, die Forscher überall in der Welt können sich die Genaktivität in der Lunge und im Blut von Mäusen infiziert mit einer Reihe von Krankheitserregern: der Parasit Toxoplasma gondii, influenza-Viren und Respiratory-Synctial-Virus (RSV), das Bakterium Burkholderia pseudomallei, dem Pilz Candida albicans, oder das allergen, Hausstaubmilben. Sie können auch sehen, die gen-Aktivität im Blut von Mäusen mit listeria, murinen Zytomegalievirus, der malaria-Parasit Plasmodium chabaudi chabaudi, oder eine chronische Burkholderia pseudomallei – Infektion.

In der Studie, die Forscher analysierten die genetischen Signaturen im Zusammenhang mit diesen Krankheiten zu helfen, zu verstehen, die die Reaktion des Immunsystems. Sie entdeckten ein breites Spektrum von Immunreaktionen in der Lunge, wo diskrete Module waren geprägt von Genen, die assoziiert mit Typ-I oder Typ-II-Interferone, IL-17 oder Allergie-Typ-Reaktionen. Typ-I-Interferonen bekannt sind, um veröffentlicht zu werden in Reaktion auf Viren, während Typ II-interferon (IFN-g) aktiviert Phagozyten töten intrazelluläre pathogene und IL-17 zieht Neutrophilen Granulozyten verursacht frühen entzündlichen Immunreaktionen. Interessanterweise interferon-gen-Signaturen vorhanden waren, die in Blut-Module ähnlich wie die Lunge, sondern IL-17 und Allergie Reaktionen gab es nicht.

Überraschend, dass Gene, die mit Typ-I-interferon waren sehr aktiv, sowohl in der Lunge und im Blut von Mäusen infiziert mit der Toxoplasma gondii Parasit und auch gesehen, in Reaktion auf die Burkholderia pseudomallei Bakterium, wenn auch in geringerem Ausmaß. Dies widerspricht der Auffassung, dass Typ I interferon-assoziierte Gene sind notwendigerweise Indikativ von viralen Infektionen, wie das Labor hatte vorher gezeigt, bei der Tuberkulose.

„Wir fanden heraus, dass Mäuse ohne funktionierende interferon Signalwege weniger in der Lage waren, um im Kampf gegen Toxoplasma – Infektion. Dies gilt für beide Typ I und Typ II Interferone, die eine komplexe Beziehung miteinander. Wir haben festgestellt, dass beide spielen eine wichtige Rolle im Schutz gegen die Parasiten zum Teil durch die Kontrolle der Neutrophilen Granulozyten im Blut, die in hoher Anzahl kann Schäden verursachen an den host.“

Von überalterung ist die Gelegenheit

Das Forschungsprojekt begann im Jahr 2009, mit einer Technik bekannt als microarray zu erkennen, die gen-Aktivität in Lunge und Blut-Proben und war fast fertig und kann ausgewertet werden bis zum Jahr 2015. Der Microarray wurde anschließend eine gut etablierte Technik, die dafür notwendigen Reagenzien wurden plötzlich vom Hersteller nicht mehr lieferbar vor dem finalen Proben verarbeitet wurden. Ohne die Ausrüstung zu beenden, die Sequenzierung, wurde das Projekt in Schwierigkeiten.

Mit diesem microarray-Technologie nicht mehr möglich, musste das team einen anderen Ansatz. Zu dieser Zeit, eine Technik namens RNA-Seq hatten, auf den Markt kommen, bietet eine bessere Art und Weise zu quantifizieren, die Aktivität von Genen.

Nach Verhandlungen zwischen Anne und dem Hersteller, Ihr team angeboten wurde, cutting-edge-RNA-Seq-Reagenzien kostenlos, zu re-Prozesses die Proben ab Ende 2016. Sie waren auch, sofern der Speicherplatz für die großen Datenmengen.

Da die Gewebe-und Blut-Proben aus den mikroarray-Experimenten wurden alle eingefroren in der Lagerung, Christine Graham, die in Anne ‚ s-lab war in der Lage zu gehen zurück in die gleichen Muster und Heroisch-Prozess Sie wieder, dieses mal für die RNA-Sequenzierung. Durch die ausgezeichnete Lagerung der Proben, dies war möglich, ohne Verwendung von zusätzlichen Tieren. Obwohl zeitaufwendig und eine riesige Aufgabe für Christine, die bis 2018 hatte das team alle die Sequenzierung Daten, die Sie benötigt.

Mit einer riesigen Menge von Daten zu verarbeiten, Akul Singhania Satz über making sense of it all. Mit erweiterte Bioinformatik-Techniken, er gruppierte die Tausende von Genen und Millionen von Datenpunkten in einen sinnvollen und visuelle form, die wir als Module, und es entstand die app, um die Daten für jedermann zugänglich sind.

„Seit mehr als zehn Jahren das Projekt begann, haben wir jetzt eine open access-Ressource, die die expression der gene, die jemand in der Welt verwenden, um sich Ihre Lieblings-Gene und auch zu sehen, wenn Sie reguliert werden, die von Typ I oder Typ II interferon signalling“, sagt Anne. „Niemand hat gesagt, dass die Wissenschaft war einfach, aber es ist sicherlich gelohnt.“