वैज्ञानिकों ने ऊतकों में कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया ताकि आरएनए रोग और जीव विज्ञान की व्याख्या कर सके

 

वाशिंगटन [ यूएस ] , 11 अक्टूबर ( JC ) : एक नई प्रगति ' लाइट ट - सेक ' नामक डीएनए नैनो प्रौद्योगिकी संचालित विधि के साथ स्थानिक ट्रांसक्रिपटॉमिक्स में वर्तमान सीमाओं पर काबू पाती है । लाइट - सीक शोधकर्ताओं को विशिष्ट डीएनए बारकोड के साथ आरएनए अनुक्रमों के पूर्ण प्रदर्शनों की सूची को ' जियोटैग ' करने की अनुमति देता है जो रुचि के कुछ कोशिकाओं के लिए अनन्य हैं । इन लक्ष्य कोशिकाओं को एक तेज और प्रभावी फोटोक्रॉसलिंकिंग प्रक्रिया के माध्यम से एक माइक्रोस्कोप के तहत प्रकाश का उपयोग करके चुना जाता है , और उनके आरएनए को एक नई डीएनए नैनो - प्रौद्योगिकी संचालित तकनीक की मदद से अगली पीढ़ी के अनुक्रमण के लिए के उपलब्ध कराया जाता है । इस पूरी प्रक्रिया को एक ही नमूने में विभिन्न सेल आबादी के लिए दोहराया जा सकता है ।

माइक्रोस्कोप के तहत , शोधकर्ता अक्सर विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को ऊतकों के भीतर अजीबोगरीब पैटर्न में व्यवस्थित करते हुए देखते हैं , या कभी - कभी एक दुर्लभ सेल प्रकार जो एक अद्वितीय स्थिति पर कब्जा करके , एक असामान्य आकार का प्रदर्शन करते हुए , या एक विशिष्ट बायोमार्कर अणु को व्यक्त करके बाहर खड़ा होता है । अपने अवलोकनों के गहरे अर्थ को निर्धारित करने के लिए , उन्होंने कोशिकाओं के जीन अभिव्यक्ति पैटर्न ( ट्रांसक्रिप्टोम ) तक पहुंचने के लिए उनके भीतर मौजूद जीन - व्युत्पन्न आरएनए अणुओं का विश्लेषण करके दृष्टिकोण विकसित किया है जो वे कोशिकाओं के आकार , स्थानिक स्थिति और आणविक से मेल खा सकते हैं । बायोमार्कर । 1 हालांकि , ये " स्थानिक ट्रांसक्रिपटॉमिक्स " दृष्टिकोण अभी भी केवल एक सेल के कुल आरएनए के

एक अंश को कैप्चर करते हैं अणु , और एकल - कोशिका अनुक्रमण विधियों द्वारा प्रदान किए गए विश्लेषण की गहराई और गुणवत्ता प्रदान नहीं कर सकते हैं , जिन्हें अगली पीढ़ी के अनुक्रमण ( एनजीएस ) तकनीकों के माध्यम से ऊतकों या बायोफ्लुइड्स से पृथक व्यक्तिगत कोशिकाओं के प्रतिलेखों की जांच के लिए विकसित किया गया था । न ही वे शोधकर्ताओं को एक ऊतक में उनके स्थान के आधार पर विशिष्ट कोशिकाओं पर ही घर में रहने की अनुमति देते हैं , जो कि असंबद्ध सेल आबादी की खोज में काफी सुविधा प्रदान करेगा । , या दुर्लभ , कठिन - से - पृथक कोशिकाएं जैसे दुर्लभ मस्तिष्क कोशिकाएं अद्वितीय कार्यों के साथ , या प्रतिरक्षा कोशिकाएं जो ट्यूमर पर आक्रमण करती हैं । इसके अलावा , क्योंकि मूल ऊतक पर्यावरण बाधित है , कई स्थानिक ट्रांसक्रिपटॉमिक्स और सभी एकल - कोशिका अनुक्रमण विधियां शोधकर्ताओं को अनुवर्ती विश्लेषण करने के लिए अपने नमूनों को फिर से देखने से रोकती हैं , और वे महंगे हैं क्योंकि उन्हें विशेष उपकरणों या अभिकर्मकों की आवश्यकता होती है ।

हार्वर्ड यूनिवर्सिटी में वायस इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग में की गई एक नई प्रगति अब " लाइट - सेक " नामक डीएनए नैनो - संचालित विधि के साथ इन सीमाओं पर काबू पा लेती है । लाइट - सेक शोधकर्ताओं को आरएनए के पूर्ण प्रदर्शनों की सूची को " जियोटैग " करने की अनुमति देता है अद्वितीय डीएनए बारकोड के साथ अनुक्रम जो रुचि के कुछ कोशिकाओं के लिए अनन्य हैं । इन लक्ष्य कोशिकाओं को एक तेज और प्रभावी फोटोक्रॉसलिंकिंग प्रक्रिया के माध्यम से माइक्रोस्कोप के तहत प्रकाश का उपयोग करके चुना जाता है ।

एक नई डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी की मदद से , बारकोडेड आरएनए अनुक्रमों को फिर सुसंगत डीएनए स्ट्रैंड में अनुवादित किया जाता है , जिसे बाद में ऊतक के नमूने से एकत्र किया जा सकता है और एनजीएस का उपयोग करके पहचाना जा सकता है । लाइट - सेक प्रक्रिया को एक ही नमूने के भीतर अलग - अलग सेल आबादी के लिए अलग - अलग बारकोड के साथ दोहराया जा सकता है जिसे अनुवर्ती विश्लेषण के लिए बरकरार रखा गया है । एकल कोशिका अनुक्रमण विधियों के तुलनीय प्रदर्शन के साथ , यह ऊतक के नमूने पर संभावित जांच की गहराई और दायरे को काफी व्यापक बनाता है । विधि नेचर मेथड्स [ BB1 ] में प्रकाशित हुई है ।

" लाइट - सेक की विशेषताओं का अनूठा संयोजन एक पूरी जरूरत को पूरा करता है : इमेजिंग .. 1 सूचित , स्थानिक रूप से निर्धारित कड़ी मेहनत का गहन अनुक्रमण विश्लेषण करने की क्षमता , यदि असंभव - से - पृथक सेल आबादी या संरक्षित ऊतकों में दुर्लभ सेल प्रकार , एक के साथ नहीं स्थानिक , रूपात्मक और संभावित रोग - संबंधी विशेषताओं के साथ उनके अत्यधिक परिष्कृत जीन अभिव्यक्ति राज्य का एक - से - एक पत्राचार , " पेंग यिन , पीएचडी , चार संबंधित लेखकों में से एक और वाइस इंस्टीट्यूट में एक कोर फैकल्टी सदस्य ने कहा , जहां उनके समूह ने लाइट सेक विकसित किया । इस प्रकार विभिन्न जैव चिकित्सा अनुसंधान क्षेत्रों में जैविक खोज प्रक्रिया को तेजी से आगे बढ़ाने की क्षमता है । " यिन हार्वर्ड मेडिकल स्कूल ( HMS ) में सिस्टम बायोलॉजी के प्रोफेसर भी हैं । -

लाइट - सेक परियोजना का नेतृत्व जोसेलीन ( जोसी ) किशी , पीएच.डी. , सिनेम साका , पीएच.डी. , और निनिंग लियू , पीएच.डी. वाईस में यिन के समूह में , और एम्मा वेस्ट , पीएच.डी. एचएमएस में कॉन्स्टेंस सेप्को की प्रयोगशाला में । इससे पहले , किशी और शक ने SABER - FISH को एक स्थानिक ट्रांसक्रिपटॉमिक्स विधि के रूप में विकसित किया था , जो सीधे अक्षुण्ण ऊतकों ( सीटू ) में जीन अभिव्यक्ति की इमेजिंग के लिए थी । " SABER - FISH के साथ , हम अभी भी कोशिकाओं के पूर्ण जीन अभिव्यक्ति कार्यक्रमों को कैप्चर करने से दूर परिमाण के आदेश थे , प्रति सेल कई हजारों विभिन्न आरएनए अणुओं के साथ आरएनएसह - प्रथम और सह - संबंधित लेखक किशी ने कहा , " वर्तमान इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके अणुओं को उनकी संपूर्णता में कैप्चर करने के लिए बहुत घनी तरह से पैक किया गया है । " " लाइट - सेक एनजीएस के माध्यम से पूर्ण ट्रांसक्रिप्टोम अनुक्रमण के साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन बारकोड लेबलिंग के संयोजन से इस समस्या को हल करता है । हमें दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ और अतिरिक्त प्रमुख लाभ प्रदान करते हैं । " अध्ययन के समय , 7 किशी यिन की टीम में एक Wyss टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट फेलो थी , और अब लाइट - सेक के व्यावसायीकरण की दिशा में अपने कुछ सह लेखक ।

" विशेष रूप से अक्षुण्ण ऊतक नमूनों के कस्टम चयनित स्थानों में कोशिकाओं को अनुक्रमित करने के लिए , हमने आरएनए अणुओं की प्रतियों के लिए डीएनए बारकोड को फोटोक्रॉसलिंकिंग के लिए एक नया दृष्टिकोण विकसित किया और एक डीएनए नैनो - प्रौद्योगिकी संचालित प्रक्रिया जो उन्हें और उनके संलग्न आरएनए अनुक्रमों को एनजीएस द्वारा पठनीय बनाती है , " सह - प्रथम लेखक लियू ने कहा , यिन के समूह में पोस्टडॉक्टरल फेलो , जिन्होंने पहले " एक्शन - पेंट " नामक एक सुपर रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग विधि के लिए समानांतर डीएनए बारकोडिंग प्लेटफॉर्म का सह - विकास किया था , जो लाइट - सेक के मुख्य घटकों में से एक बन गया था । सबसे पहले , डीएनए प्राइमर कोशिकाओं में आरएनए अणुओं के साथ " बेस - पेयर " होते हैं , और आरएनए की प्रतियां बनाने के लिए विस्तारित होते हैं

अनुक्रमों को पूरक डीएनए अनुक्रम ( सीडीएनए ) कहा जाता है । फिर , अल्ट्राफास्ट फोटोक्रॉसलिंकर न्यूक्लियोटाइड युक्त डीएनए बारकोड स्ट्रेंड्स को कोशिकाओं में सीडीएनए के साथ बेस पेयर किया जाता है । ये स्थायी रूप से एक साथ जुड़ जाते हैं जब एक स्टैंसिल जैसे ऑप्टिकल डिवाइस के माध्यम से माइक्रोस्कोप के नीचे एक लक्ष्य सेल को जलाया जाता है जो अन्य , गैर - लक्षित कोशिकाओं को अंधेरे में सूक्ष्म क्षेत्र में रखता है और इस प्रकार उन्हें फोटोक्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रिया से बचाता है । कोशिकाओं से बारकोडेड डीएनए अनुक्रमों को धोने के बाद जो स्थायी रूप से स्वस्थानी से जुड़े नहीं थे , इस प्रक्रिया को ब्याज के अधिक क्षेत्रों को लेबल करने के लिए विभिन्न बारकोड और प्रकाश पैटर्न के साथ दोहराया जा सकता है ।

" एनजीएस के साथ इस बारकोडिंग वर्कफ़्लो को एकीकृत करने में सक्षम होने के लिए , हमने एक नई सिलाई प्रतिक्रिया तैयार की जो डीएनए नैनो टेक्नोलॉजी पर आधारित है । यह नवाचार हमें हमारे बारकोडेड सीडीएनए को सन्निहित रीडआउट अनुक्रमों में परिवर्तित करने की अनुमति देता है । फिर हम बारकोड - असर का पूरा संग्रह निकाल सकते हैं नमूने से सीडीएनए अनुक्रम , और मानक एनजीएस तकनीकों के साथ उनका विश्लेषण करें , " साका ने अध्ययन के संबंधित लेखकों में से एक को समझाया , जो वर्तमान में हीडलबर्ग , जर्मनी में यूरोपीय आण्विक जीवविज्ञान प्रयोगशाला में समूह नेता हैं । " आखिरकार , प्रत्येक बारकोड ऊतक के नमूने में पूर्व चयनित कोशिकाओं में पूर्ण ट्रांसक्रिप्टोम रीडआउट का पता लगाता है , जो बाद के विश्लेषणों के लिए बरकरार रहता है । यह हमें सत्यापन या आगे की खोज के लिए अनुक्रमण के बाद सटीक उसी कोशिकाओं को फिर से देखने का अनूठा मौका प्रदान करता है । "

सुसंस्कृत कोशिकाओं में लाइट सेक की पहली मान्यता के बाद , यिन की टीम इसे एक जटिल ऊतक पर लागू करना चाहती थी और कॉन्स्टेंस सेपको , पीएच.डी. के समूह के साथ भागीदारी की । एचएमएस में सेप्को एचएमएस में ब्लावालिक इंस्टीट्यूट में अध्ययन के संबंधित लेखकों और जेनेटिक्स और न्यूरोसाइंस के बुलार्ड प्रोफेसर में से एक है , और तंत्रिका तंत्र के मॉडल के रूप में रेटिना के विकास की जांच करता है । किशी , साका और लियू ने माउस रेटिना के क्रॉस - सेक्शन में लाइट - सेक को लागू करने और विभिन्न कार्यों के साथ तीन प्रमुख परतों को प्रोफाइल करने के लिए सेप्को के समूह में पश्चिम के साथ सेना में शामिल हो गए । शोधकर्ता एकल - कोशिका अनुक्रमण विधियों के तुलनीय अनुक्रम कवरेज तक पहुंचे और पाया कि हजारों आरएनए s को रेटिना की तीन प्रमुख परतों के बीच समृद्ध किया गया था । उन्होंने यह भी दिखाया कि अनुक्रम निष्कर्षण के बाद , ऊतक के नमूने बरकरार रहे और प्रोटीन और अन्य जैव - अणुओं के लिए आगे की छवि बनाई जा सकती है ।

" लाइट - सेक को चरम पर ले जाते हुए , हम एक बहुत ही दुर्लभ सेल प्रकार के पूर्ण प्रतिलेख को अलग करने में सक्षम थे , जिसे ' डोपामिनर्जिक अमैक्राइन सेल ' ( डीएसी ) के रूप में जाना जाता है , जिसे अन्य कोशिकाओं के साथ जटिल कनेक्शन के कारण अलग करना बेहद मुश्किल है । रेटिना , प्रति क्रॉस - सेक्शन में केवल चार से आठ अलग - अलग बारकोडेड कोशिकाओं को पुनः प्राप्त करके , " वेस्ट ने कहा । डीएसी दिन - रात चक्र के दौरान विभिन्न प्रकाश एक्सपोजर के लिए दृश्य धारणा को ठीक - ठीक करके आंखों की सर्कडियन लय को विनियमित करने में शामिल । " लाइट - सीक ने आरएनए को भी उठाया जो विशेष रूप से निम्न स्तरों पर DAC में व्यक्त किए गए थे , साथ ही दर्जनों DAC- विशिष्ट बायोमार्कर RNA S , जो हमारे ज्ञान के लिए पहले वर्णित नहीं थे , जो इस दुर्लभ सेल प्रकार का अध्ययन करने के नए अवसर खोलता है , " वेस्ट ने जोड़ा , जो अध्ययन के समय एक स्नातक छात्र और फिर सेप्को के साथ पोस्टडॉक्टरल फेलो थे , और अब किशी में लाइट सेक व्यावसायीकरण प्रयास में शामिल हो गए हैं ।

एनजीएस तक स्थानिक ट्रांसक्रिपटॉमिक्स के क्षेत्र को खोलना भी एक आरएनए प्रजाति के स्तर पर जानकारी जोड़ता है " हमारे अनुक्रमण डेटा ने स्पष्ट रूप से दिखाया कि लाइट - सेक आरएनए की संरचना में प्राकृतिक विविधताओं को निर्धारित कर सकता हैएस । आगे बढ़ते हुए , हम प्रतिरक्षा प्रणाली , रोग - प्रसार कोशिकाओं और जीन और सेल थेरेपी जैसी विभिन्न चिकित्सीय रणनीतियों के बीच परस्पर क्रिया को बेहतर ढंग से समझने के लिए लाइट सेक का उपयोग करने में बहुत रुचिरखते हैं , " किशी ने कहा ।

" वाइस इंस्टीट्यूट के मॉलिक्यूलर रोबोटिक्स इनिशिएटिव में पेंग यिन के समूह में विकसित लाइट सेक तकनीक एक बार फिर दिखाती है कि कैसे पूरी तरह से अपरंपरागत दृष्टिकोण का पालन करना और सिंथेटिक जीव विज्ञान का लाभ उठाना मौलिक अनुसंधान और नैदानिक चिकित्सा दोनों को आगे बढ़ाने के लिए बड़ी क्षमता के साथ एक विघटनकारी तकनीक का कारण बन सकता है , " Wyss के संस्थापक निदेशक डोनाल्ड इंगबर , एमडी , पीएचडी , जो हार्वर्ड मेडिकल स्कूल और बोस्टन चिल्ड्रन हॉस्पिटल में वैस्कुलर बायोलॉजी के यहूदा फोकमैन प्रोफेसर भी हैं , और हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ बायोइंस्पायर्ड इंजीनियरिंग के हंसजॉर्ग वाइस प्रोफेसर ने कहा । इंजीनियरिंग और अनुप्रयुक्त विज्ञान Science News Latest Science News