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Science子刊功能基因组学新型平台

2018-11-30 21:13:28

Science子刊:功能基因组学新型平台

生物通报道 十多年前,研究人员发现了细胞沉默基因的一种古老的机制。就如同用调光开关关灯一样,RNA干扰(RNAi)在简单生物体以及人类中下调基因活性。科学家们抓住RNAi作为一种工具来“关小”基因确定它们的功能,这一研究领域称之为功能基因组学。

为了充分利用RNAi技术进行疾病研究,博德研究所的科学家们开发出RNAi平台旨在努力构建一个能够靶向人类和小鼠基因组中的每个基因的RNAi试剂库。他们的努力终于换来了能与科学界公开分享的一个大型的、良好的RNAi试剂集。这一平台还增加了称为开放阅读框(ORFs)的互补试剂资源来“打开”基因。

尽管该平台的试剂库成为了探究基因功能的强大工具,科学家们还希望能利用它们来解决面对的成本、通道和通量等限制。除了所需的专门设备,现有的筛查方法需要耗费大量的细胞、试剂和病毒。几年前,博德研究所一个研究小组的研究人员提出如果能够缩小整个过程使得大规模筛查更快更廉价,那么将使得更多地方的更多科学家们能够利用这一巨大的资源。

现在他们的努力换来了一种称为MicroSCALE(空间局限粘性慢病毒特征芯片)新型的、便携式的“细胞芯片”,这种芯片克服了现有功能基因组学方法的局限。这一筛选设备代表了该平台探究基因功能的工具箱中另一个创新工具。领导这一研究的是博德研究所准会员、怀特黑德生物医学研究所成员David Sabatini。此外,研究人员还证实了这一芯片的性能,利用它揭示了黑色素瘤耐药的潜在基因及信号通路。这一研究的部分资金由博德研究所科学规划和资源分配委员会(SPARC)资助,相关论文发布在5月15日的《科学信号》(Science Signaling)杂志上。

新研究的首作者、Sabatini 实验室博士后学者Kris Wood, 说:“博德研究所的RNAi 和ORF库代表了一项巨大的投资,堪称是世界上从事功能基因组学研究的工具。然而,一旦获得开发,实际上利用这些工具来探讨某些生物学问题还可能存在困难,这是由于与筛选方式有关的逻辑和经济现实所致。”

研究人员的目的是开发一种能够克服当前筛选方法难题的新系统。一种称为基于多孔板的筛选方法(multi-well plate-based screening)是开展功能性筛查的历史性金标准。这种筛查方法是通用的,但是它需要大量的细胞、显着的试剂成本,以及当前尚未广泛使用的先进设备。一种称为混合筛选(pooled screening)的新方法可在一个细胞培养皿中同时对数千种不同的病毒进行检测。这种方法相对于多孔板筛选更有效和廉价。但是它限制了细胞测量的种类,且需要相当数量的细胞和劳力。

为了克服这些方法的局限,获得它们的特性即多空板筛查的分析通用性和混合筛查的有效性,研究小组着手构建一种使该过程小型化的系统。研究人员设计了一个系统,在其载玻片上印有一千到五千个微型特异细胞粘附凝胶点。他们接下来设计了一种集中RNAi和ORF传递病毒的方法以确保每次添加一个独特的病毒到每个点上。

下接:新型细胞芯片让功能基因组学变得微小

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

MicroSCALE Screening Reveals Genetic Modifiers of Therapeutic Response in Melanoma

Cell microarrays are a promising tool for performing large-scale functional genomic screening in mammalian cells at reasonable cost, but owing to technical limitations they have been restricted for use with a narrow range of cell lines and short-term assays. Here, we describe MicroSCALE (Microarrays of Spatially Confined Adhesive Lentiviral Features), a cell microarray–based platform that enables application of this technology to a wide range of cell types and longer-term assays. We used MicroSCALE to uncover kinases that when overexpressed partially desensitized B-RAFV600E–mutant melanoma cells to inhibitors of the mitogen-activated protein kinase kinase kinase (MAPKKK) RAF, the MAPKKs MEK1 and 2 (MEK1/2, mitogen-activated protein kinase kinase 1 and 2), mTOR (mammalian target of rapamycin), or PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase). These screens indicated that cells treated with inhibitors acting through common mechanisms were affected by a similar profile of overexpressed proteins. In contrast, screens involving inhibitors acting through distinct mechanisms yielded unique profiles, a finding that has potential relevance for small-molecule target identification and combination drugging studies. Further, by integrating large-scale functional screening results with cancer cell line gene expression and pharmacological sensitivity data, we validated the nuclear factor B pathway as a potential mediator of resistance to MAPK pathway inhibitors. The MicroSCALE platform described here may enable new classes of large-scale, resource-efficient screens that were not previously feasible, including those involving combinations of cell lines, perturbations, and assay outputs or those involving limited numbers of cells and limited or expensive reagents.

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