Расширение возможностей для понимания функций генов

Последовательность букв A, T, C и G в геноме кодирует физические признаки и функции организма. Установление связей между структурой и функциями генов — часть миссии Объединенного института генома (JGI) Министерства энергетики США (DOE).

Один из инструментов для изучения транскрипционных факторов (TF), контролирующих включение генов, — это DAP-seq (DNA affinity purification sequencing). Технология была разработана Ронаном О'Мэлли. В статье, опубликованной 25 ноября 2021 года в Nature Methods, исследователи JGI под руководством со-первых авторов Лео Баумгарта и Джуны Ли представили два новых подхода, развивающих эту технологию.

Уникальные возможности DAP-seq

DAP-seq позволяет быстро и эффективно идентифицировать все сайты связывания транскрипционных факторов в геноме, добавляя меченые TF к библиотеке геномной ДНК. «Это инновационный способ быстрого определения мест связывания для большинства транскрипционных факторов у вида», — сказал О'Мэлли.

Однако узким местом в протоколе DAP-seq была необходимость очистки каждого интересующего транскрипционного фактора.

Biotin DAP-seq

Соавтор статьи в Nature Methods Джуна Ли начала разработку оптимизированного рабочего процесса, сокращающего время и стоимость этапа очистки. Лео Баумгарт продолжил и расширил эту работу, известную как biotin DAP-seq.

«Biotin DAP-seq — это уникальный быстрый подход к очистке белка», — отметил О'Мэлли. Технология экспрессирует белки транскрипционных факторов из матрицы ДНК, амплифицированной непосредственно из геномной ДНК или кДНК (cDNA). Это сокращает время получения набора данных с месяцев до дней и вдвое снижает общую стоимость реагентов.

multiDAP

Biotin DAP-seq можно использовать самостоятельно или как ступень к изучению многих геномов одновременно с помощью multiDAP. Этот метод позволяет проводить сравнительный анализ геномов нескольких видов в одном эксперименте.

«Вы можете идентифицировать консервативные паттерны связывания, общие для геномов разных видов. Это дает представление о том, как они организуют наборы генов для выполнения сходных функций. Также можно выявить случаи, когда транскрипционные факторы в ходе эволюции были перепрофилированы для контроля новых функций», — пояснил О'Мэлли.

Сочетание Biotin DAP-seq и multiDAP позволяет достичь сверхвысокой пропускной способности для обнаружения сайтов связывания TF во многих различных геномах. Эти атласы сайтов связывания помогают лучше понять известные биологические функции, а также открыть новые.

Применение в пользовательских проектах

DAP-seq уже применяется в ряде одобренных проектов, включая проект FUNCODE (fungal comparative ENCODE), который возглавляет Ласло Надь из Центра биологических исследований в Сегеде (Венгрия). Его проект в рамках Программы поддержки научных сообществ (CSP) JGI направлен на реконструкцию регуляторных сетей генов у грибов.

«Мы используем multiDAP-seq для сравнения пяти видов грибов, чтобы ответить на вопросы о том, как они разлагают растительные материалы (что может быть полезно для промышленного производства биотоплива) и о многоклеточном развитии», — сказал Надь. «DAP-seq — основной источник информации в проекте. Мы также используем RNA-seq и различные in silico подходы для реконструкции регуляторных сетей генов».

Письма о намерениях для следующего ежегодного конкурса заявок CSP должны быть поданы весной 2022 года.