İnsan genetiğindeki en büyük zorluk, genomun hangi bölümlerinin belirli özellikleri tetiklediğini veya hastalık riskine katkıda bulunduğunu anlamaktır. Bu zorluk, proteinleri kodlamayan genomun %98’inde bulunan genetik varyantlar için daha da büyüktür.
araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir yaklaşımdır. New York Üniversitesi ve New York Genom Merkezi, bu zorlukları ele almak ve kan hücresi özellikleri için nedensel varyantları ve genetik mekanizmaları keşfetmek için genetik ilişkilendirme çalışmalarını, gen düzenlemeyi ve tek hücre dizilimini birleştirir.
bu ABD Ulusal Bilim VakfıSTING-seq olarak adlandırılan ve yayınlanan desteklenen yaklaşım Bilimgenetik varyantları insan özelliklerine ve sağlığına doğrudan bağlama zorluğunu ele alıyor ve bilim insanlarının genetik temelli hastalıklar için ilaç hedeflerini belirlemesine yardımcı olabiliyor.
Son yirmi yılda, genom çapında ilişkilendirme çalışmaları veya GWAS, insan genomunu incelemek için önemli bir araç haline geldi. Bilim adamları, GWAS’ı kullanarak, şizofreniden diyabete kadar birçok hastalıkla ve ayrıca boy gibi özelliklerle ilişkili binlerce genetik mutasyon veya varyant belirlediler. Bu çalışmalar, belirli bir hastalığı veya özelliği olanlarda daha sık görülen varyantları bulmak için büyük popülasyonların genomlarını karşılaştırarak yürütülür.
GWAS, genomun hangi bölgelerinin ve potansiyel varyantların hastalıklarda veya özelliklerde yer aldığını ortaya çıkarabilir. Bununla birlikte, bu ilişkiler neredeyse her zaman genomun proteinleri kodlamayan %98’inde bulunur; bu, proteinleri kodlayan genomun iyi çalışılmış %2’sinden daha az anlaşılmıştır.
Bir karmaşıklık, birçok varyantın genom içinde birbirine yakın bulunması ve bağlantı olarak bilinen bir kavram olan nesiller boyunca birlikte seyahat etmesidir. Bu, hangi varyantın gerçekten nedensel bir rol oynadığını, yakınlarda bulunan diğer varyantlardan ayırmayı zorlaştırabilir. Bilim adamları hangi varyantın bir hastalığa veya özelliğe neden olduğunu belirleyebilseler bile, varyantın hangi geni etkilediğini her zaman bilemezler.
NYU Grossman Tıp Fakültesi’nden Neville Sanjana ve çalışmanın eş-kıdemli yazarı, “İnsan hastalıklarının incelenmesi için ana hedef, biyolojik mekanizmaları netleştirebilen ve bu hastalıklar için ilaç hedeflerini bilgilendirebilen nedensel genleri ve varyantları belirlemektir” dedi.
Araştırma ekibi, STING-seq — Tek hücre dizilimi ile Kodlamayan GWAS lokuslarının Sistematik Hedeflenmesi ve Engellenmesi adlı bir iş akışı oluşturdu. STING-seq, biyobanka ölçeğinde GWAS alarak ve biyokimyasal işaretler ile düzenleyici unsurların bir kombinasyonunu kullanarak olası nedensel varyantları arayarak çalışır. Araştırmacılar daha sonra GWAS tarafından belirtilen genom bölgelerinin her birini hedeflemek ve gen ve protein ifadesini değerlendirmek için tek hücre dizilimi yapmak için CRISPR’yi kullanıyor.
Araştırmacılar çalışmalarında, kan özellikleri için kodlayıcı olmayan varyantların hedef genlerini keşfetmek için STING-seq kullanımını gösterdiler. Trombosit, beyaz kan hücreleri ve kırmızı kan hücrelerinin yüzdeleri gibi kan özelliklerinin rutin kan testlerinde ölçülmesi kolaydır ve GWAS’ta iyi çalışılmıştır. Sonuç olarak, araştırmacılar kan özelliklerini incelemek için farklı geçmişlere sahip yaklaşık 750.000 kişiyi temsil eden GWAS’ı kullanabildiler.
Araştırmacılar, genomun kan özelliklerinde rol oynayabilecek 543 aday bölgesini belirledikten sonra, genomun kesin bölgelerini susturabilen CRISPR inhibisyonu adı verilen bir CRISPR versiyonu kullandılar.
GWAS tarafından tanımlanan bölgelerin CRISPR susturulmasından sonra araştırmacılar, belirli genlerin açılıp açılmadığını görmek için tek tek hücrelerde yakındaki genlerin ifadesine baktılar. Varyantların susturulduğu ve susturulmadığı hücreler arasında gen ifadesinde bir fark görürlerse, belirli kodlamayan bölgeleri hedef genlere bağlayabilirler. Bunu yaparak, araştırmacılar hangi kodlamayan bölgelerin belirli özellikler için merkezi olduğunu (ve hangilerinin olmadığını) ve ayrıca bu kodlamayan bölgelerin çalıştığı hücresel yolları da belirleyebilirler.
Bilim adamları, bu yeni süreçlerin, orak hücreli anemide kullanıldığı gibi gen düzenlemesi ile veya belirli genleri veya hücresel yolları hedefleyen ilaçlarla tedavi edilebilen çok çeşitli hastalıkların nedensel varyantlarını belirlemek için kullanıldığını öngörüyor.