Ny teknik kartlägger var och hur celler läser av sin arvsmassa

I princip alla celler i kroppen har samma uppsättning gener och möjlighet att bli vilken slags cell som helst. Det som skiljer cellerna åt är hur generna i vårt DNA används. Under senare år har tekniken spatial (rumslig) omik bidragit till en djupare förståelse för hur celler läser av genomet på specifika platser i våra vävnader. Nu har forskare vidareutvecklat denna teknik i syfte att öka kunskapen om hur vävnader utvecklas och hur olika sjukdomar uppstår. Ett viktigt framsteg är att forskarna samtidigt har lyckats kartlägga två avgörande komponenter i vår genetik, epigenomet och transkriptomet. Epigenomet reglerar hur gener slås på och av i enskilda celler, medan transkriptomet är resultatet av detta genuttryck och det som gör varje cell unik.

Detekterar input och output samtidigt

Epigenomet kan ses som ett proppskåp med säkringar som kan slås på eller av, men om det inte går att se om lamporna tänds är informationen begränsad. Genom att kartlägga både epigenomet och transkriptomet samtidigt har forskarna utvecklat en teknik där både input (att slå på eller av en gen) och output (genuttryck) kan detekteras i samma vävnadssektion. Tekniken ger helt nya insikter om hur gener regleras på specifika platser i en vävnad.

Forskarna anpassade och kombinerade två egenutvecklade tekniker för att kartlägga epigenomet och transkriptomet och studerade mushjärnor och mänsklig hjärnvävnad.

– Nu när vi kan kombinera dessa två tekniker kan vi se både mekanismerna för hur generna slås på och av och vilket resultat detta får. Det har lett till några oväntade observationer som gett oss ytterligare insikter i hur de här processerna regleras på olika platser i vävnaderna och hur det bidrar till olika cellöden, säger Goncalo Castelo-Branco professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik,Karolinska Institutet, och en studiens korresponderande författare.

Kan bidra till individanpassad behandling

Arbetet kan öka förståelsen för potentiella genetiska mål för läkemedelsbehandling och bidra till mer individanpassade behandlingar.

– I framtiden kommer vi kunna använda den här tekniken för att verkligen förstå hur cancerfrämjande och cancerhämmande gener regleras av epigenetiska mekanismer hos varje enskild patient. Forskningsområdet epigenetisk behandling håller precis på att växa fram, men jag tror att vår teknik skulle kunna underlätta upptäckterna av epigenetiska läkemedel, säger Rong Fan, professor vid Yale University och studiens sisteförfattare.

Publikation

“Spatial epigenome–transcriptome co-profiling of mammalian tissues”. Di Zhang, Yanxiang Deng, Petra Kukanja, Eneritz Agirre, Marek Bartosovic, Mingze Dong, Cong Ma, Sai Ma, Graham Su, Shuozhen Bao, Yang Liu, Yang Xiao,Gorazd B. Rosoklija, Andrew J. Dwork, J. John Mann, Kam W. Leong, Maura Boldrini, Liya Wang, Maximilian Haeussler, Benjamin J. Raphael, Yuval Kluger, GonçaloCastelo-Branco, RongFan. Nature, online 15 mars 2023, doi: 10.1038/s41586-023-05795-1.

Källa: Karolinska Institutet

Studien finansierades bland annat av Vinnova, EU (Horizon 2020), Vetenskapsrådet, Cancerfonden, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Svenska Sällskapet för Medicinsk Forskning, Göran Gustafssons Stiftelse för naturvetenskaplig och medicinsk forskning, Ming Wai Lau Center for Reparative Medicine och Karolinska Institutet. Några av författarna från Yale University står som uppfinnare på en patentansökan relaterad till detta arbete. Rong Fan är vetenskaplig grundare och rådgivare för IsoPlexis, Singleron Biotechnologies och AtlasXomics.