Модель CellOracle предсказывает роль генов в развитии эмбриона

Программное обеспечение CellOracle, разработанное в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе, может предсказывать, что происходит со сложными генными сетями при отсутствии отдельных генов или их повышенной активности. Эти сети играют ключевую роль в раннем эмбриональном развитии, направляя стволовые клетки к формированию конкретных типов клеток.

  • Традиционный подход: Лабораторные эксперименты на животных моделях (мыши, рыбки данио) дороги и требуют много времени.
  • Новый подход: CellOracle, описанный 8 февраля в журнале Nature, может смоделировать сотни генетических экспериментов за несколько минут. Это помогает выявить ключевые гены, которые могли быть упущены более медленными методами. Программа имеет открытый исходный код.

«Мы можем строить компьютерные модели того, как гены взаимодействуют друг с другом, и предсказывать, что произойдет, если одного гена не будет... без какого-либо экспериментального вмешательства», — сказала старший автор Саманта А. Моррис.

Валидация и открытия

Исследователи проверили работу CellOracle на хорошо изученных процессах:

  1. Формирование клеток крови у мышей и людей.
  2. Эмбриональное развитие рыбок данио (в коллаборации с лабораторией Лилианны Солницы-Крезель).

В ходе исследований были обнаружены новые, ранее неизвестные роли определенных генов в развитии данио.

Применение в регенеративной медицине

В отдельной статье в журнале Stem Cell Reports команда использовала CellOracle для предсказания эффекта повышенной экспрессии генов.

  • Ключевой результат: Моделирование показало, что повышение активности двух конкретных генов может превратить клетки кожи в тип клеток, способных восстанавливать поврежденные кишечник и печень.
  • Практическая польза: Такие инструменты помогают сделать процесс перепрограммирования стволовых клеток в нужный тип более эффективным, определяя, какие факторы следует добавить в «коктейль».

Масштабируемость

В настоящее время CellOracle может моделировать клеточную идентичность у более чем 10 различных видов, включая человека, мышей, данио, дрожжи, кур, морских свинок, крыс, плодовых мух, круглых червей, растение Arabidopsis и два вида лягушек.

2023-02-10