¿Cómo aprenden los científicos en qué tipos de células se expresa un gen?

Hoy en día, la forma más común de hacer esto en una escala de transcriptoma es usando secuenciación, más específicamente RNA-Seq . RNA-Seq es una tecnología basada en hacer un ADN complementario (cDNA) a partir de todo el ARN presente en una población celular dada [1], y luego secuenciarlo utilizando tecnologías de secuenciación profunda como la secuenciación Illumina.

Sin embargo, para saber qué tipos de células están transcribiendo qué genes, primero debe separar todos los diferentes tipos de células en un tejido determinado. El Proyecto ENCODE [2] es un esfuerzo masivo y multicéntrico que tiene como objetivo anotar funcionalmente los genomas completos de ratones y humanos, y RNA-Seq es uno de sus principales tipos de experimentos; Varios centros de todo el mundo han generado toneladas de datos a partir de líneas celulares, y diversos tejidos y tipos de células de diferentes órganos y células en el cuerpo humano o del ratón [3].

Finalmente, se requerirá una separación exquisita de todos los diferentes tipos de células para completar el mapa. Para complicar aún más las cosas, las células no son entidades estáticas : diferencian, des-diferencian, experimentan muerte celular programada, división, etc., y en cada estado funcional, se transcriben diferentes ARN. Por lo tanto, los científicos generalmente se centran en diferentes tipos de células y diferentes estados (tanto fisiológicos como patológicos) para determinar qué ARN se transcriben.

Un nuevo conjunto de tecnologías muy popular es el RNA-Seq de células individuales [4]. En esta modalidad, las células individuales se aíslan utilizando diferentes métodos (clasificación celular, atrapamiento en cámaras o chips especiales de nanofluídica), y luego el ADNc se amplifica y secuencia. Al hacer este tipo de análisis, los nuevos tipos de células que antes eran desconocidos se pueden definir en las bases únicas de su transciptome [5]. Para una excelente revisión, consulte Definición de tipos y estados celulares con genómica unicelular.

Notas al pie

[1] Una introducción a RNA-seq

[2] Página sobre Ninguno

[3] Búsqueda – ENCODE

[4] Página sobre Ninguno

[5] RNA-Seq de una sola célula resuelve la complejidad celular en los órganos sensoriales del oído interno neonatal

Aunque algo anticuada, la hibridación in situ es una forma sólida de estudiar el patrón de expresión de un gen particular en un tejido. La técnica emplea oligonucleótidos de ARN que son complementarios a un transcrito de ARNm particular. Después de fijar un tejido, encerrarlo en plástico o parafina y seccionarlo, puede interrogar su tejido con varios oligonucleótidos para determinar qué tipos de células expresan predominantemente el gen de interés. La hibridación in situ con oligonucleótidos de ADN complementarios a un gen de interés puede identificar la ubicación de un gen particular en un cromosoma. La hibridación in situ ha existido durante mucho tiempo, pero sigue siendo muy robusta para localizar genes en cromosomas o localizar transcripciones de ARNm en un tejido. Las sondas de oligonucleótidos pueden marcarse con un fluoróforo o con un radiomarcador para la detección sensible usando un microscopio confocal o de epifluorescencia o usando autorradiografía, respectivamente.

Por supuesto, si se quiere determinar la expresión relativa de un gen particular en los tejidos de un modelo animal, la reacción en cadena de la polimerasa podría usarse en tejidos aislados, digeridos y purificados para ARN.

Referencias

Hibridación fluorescente in situ (FISH)

https://lifescience.roche.com/wc

La respuesta breve es que debe separar la población celular de interés del tejido antes de analizar el ARNm.

Los científicos a menudo analizan las vías de desarrollo / diferenciación de las células para estudiar más a fondo un gen de interés. Durante el proceso de diferenciación, se pueden identificar diferentes etapas con la ayuda de distintos marcadores de superficie. Estos marcadores se pueden usar para separar las células de la población mixta. Una vez que se separa un determinado tipo de célula, las células se procesan para la secuenciación (o la transferencia Northern si no desea analizar la expresión de los genes). La razón detrás de este enfoque es exactamente lo que mencionas en la pregunta. Es razonable esperar que un gen se exprese en tipos de células relacionadas. Sin embargo, los cambios en la expresión de los genes son los que impulsan la diferenciación y, a menudo, dicho análisis revelará que un gen específico no está regulado o regulado por disminución entre dos etapas. Esto les da a los científicos una idea de la importancia y el significado funcional de ese gen.

A menudo, las células que están ‘relacionadas’ pueden no ser de la misma vía de desarrollo. En muchos casos, las células que podrían estar expresando un conjunto similar de genes podrían ser de diferentes linajes pero tener proximidad anatómica y contribuir funcionalmente al mismo proceso fisiológico. A menudo, tales células se analizan para perfiles de expresión similares. Tales estudios pueden proporcionar pistas sobre genes que son importantes en los procesos respectivos.

La manera fácil de saber dónde se expresa un gen es fusionar un gen reportero en el extremo del gen que le interesa. O simplemente use las mismas secuencias reguladoras, promotores, UTR, para que su reportero aparezca en el mismo lugar y en el mismo punto de desarrollo que el gen original. El reportero más común es GFP. Seguir la expresión de ARNm puede engañarlo porque el ARN puede estar allí en una gran cantidad pero no se está convirtiendo en proteína

Es divertido ver esta pregunta hoy, ya que acabo de llegar a casa después de hacer algunas de estas pruebas en la universidad (soy estudiante de biología de segundo año).
Una manera fácil de ver si cierto gen es expreso es buscar ARN.

Como sabrán, el ARN es una copia de ADN de cadena sencilla, y se usa para crear proteínas.
Si bien todas las células tienen los mismos genes, el ARN solo se creó en aquellas células que expresan los genes. En un laboratorio, es relativamente fácil aislar el ARN de las células de un determinado tejido. Ahora, este ARN puede usarse para crear ADNc, una versión de ADN de doble cadena del ARN.
Si bien es posible medir las concentraciones exactas, una forma más fácil es comparar diferentes tejidos. Lo hacen agregando una enzima que copia el ADN y la duplica una y otra vez, haciendo que la cantidad crezca exponencialmente. El aumento se puede comparar entre tejidos.

Si no, o se encuentran concentraciones más bajas de ARN en una de las melodías, el tejido original probablemente tenía menos expresión del gen.

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