EducationBot: Новая страница: «{{Русская Википедия/Панель перехода}} '''STARR-Seq''' ({{lang-en|self-transcribing active regulatory region sequencing}}) — метод анализа энхансерной активности одновременно миллионов последовательностей ДНК из геномов произвольных организмов. STARR-seq обладает...»

2023-07-17T05:28:27Z

Новая страница: «{{Русская Википедия/Панель перехода}} '''STARR-Seq''' ({{lang-en|self-transcribing active regulatory region sequencing}}) — метод анализа энхансерной активности одновременно миллионов последовательностей ДНК из геномов произвольных организмов. STARR-seq обладает...»

Новая страница

{{Русская Википедия/Панель перехода}}
'''STARR-Seq''' ({{lang-en|self-transcribing active regulatory region sequencing}}) — метод анализа [[Энхансер (генетика)|энхансерной]] активности одновременно миллионов последовательностей [[ДНК]] из [[геном]]ов произвольных [[организм]]ов. STARR-seq обладает высокой производительностью и может служить для полногеномного поиска и количественной оценки активности энхансеров<ref name=":0">{{cite pmid|23328393}}</ref>.

== Описание метода ==
[[Файл:STARR-seq Methodology.jpg|thumb|350px|Принцип STARR-seq<ref name=":0" />.]]
У [[Эукариоты|эукариот]] [[Транскрипция (биология)|транскрипция]] регулируется [[Факторы транскрипции|транскрипционными факторами]] — [[Белок|белками]], связывающимися со специфичными участками ДНК в [[Промотор|промоторах]] [[ген]]ов, а также с участками, не располагающимися в непосредственной близости к генами, в том числе [[Энхансер (генетика)|энхансерами]]. Энхансеры представляют собой [[Некодирующая ДНК|некодирующие участки ДНК]], содержащие определённые [[Сайт (биология)|сайты]] связывания для различных транскрипционных факторов<ref name=":1">{{cite pmid|23178114}}</ref>. Энхансеры привлекают транскрипционные факторы, которые активируют [[РНК-полимераза|РНК-полимеразу II]] и общие факторы транскрипции вблизи промотора, что ведёт к транскрибированию генов. Энхансеры могут регулировать транскрипцию генов-мишеней тканеспецифично<ref name=":0" />, независимо от локализации в ДНК и расстояния от промотора гена. В некоторых случаях они могут регулировать транскрипцию генов, расположенных в другой [[Хромосома|хромосоме]]<ref>{{cite pmid|21358745}}</ref>. Однако до настоящего момента информация ограничивалась исследованием небольшого числа энхансеров в связи со сложностью их полногеномного поиска<ref name=":1" />. Кроме того, многие регуляторные элементы функционируют исключительно в специфических типах [[Клетка (биология)|клеток]] и при определенных условиях<ref>{{cite pmid|21678620}}</ref>.

=== Определение энхансеров ===
Для определение энхансеров у ''[[Drosophila melanogaster|Drosophila]]'' применяется методика с использованием случайной вставки [[Транспозоны|транспозона]], кодирующего минимальный промотор с [[Репортёрный ген|репортёрным белком]]. Этот метод позволяет получить информацию о регуляции энхансерами генов, находящихся рядом с местом вставки<ref>{{cite pmid|10590157}}</ref>.

В последние несколько лет различные особенности активных и неактивных энхансеров удалось изучить при помощи пост-геномных технологий. Развитие новых методов, таких как [[DNase-seq]], [[FAIRE-Seq]], [[ChIP-seq]], позволили предсказывать положение энхансеов в геноме. Однако DNase-seq и FAIRE-seq не позволяют напрямую определить энхансер и его активность. Кроме того, с помощью этих методов нельзя протестировать большое количество последовательностей-кандидатов на наличие у них энхансерной активности. Разработка STARR-seq позволяет производить полногеномный поиск энхансеров и получать количественную оценку их активности<ref name=":0" />.

=== Идея метода ===
Идея STARR-seq предложена в лаборатории А. Штарка (A. Stark, {{нп5|Институт молекулярной патологии||en|Research_Institute_of_Molecular_Pathology}}, [[Вена]], [[Австрия]]) для полногеномного поиска энхансеров произвольных организмов, а также количественного определения их активности. Метод основывается на том факте, что энхансеры могут работать независимо от их относительного расположения на ДНК. Суть метода заключается в расположении потенциального энхансера после минимального промотора, что позволяет активному энхансеру активировать транскрипцию ДНК, содержащей его же последовательность. Активность каждого энхансера при этом характеризуется степенью обогащения [[РНК]] с последовательностью энхансера среди всей клеточной РНК. С помощью такого подхода возможна одновременная проверка миллионов участков ДНК из произвольного источника<ref name=":0" />.
[[Файл:STARR-seq — Principles.png|thumb|left|400px|Методика STARR-seq<ref name=":2">{{cite pmid|26072434}}</ref>.]]

=== Принцип метода ===
Геномная ДНК случайным образом разбивается на мелкие фрагменты. Фрагменты определенной длины отбираются, к ним лигирут адаптеры. Затем фрагменты ДНК с адаптерами [[Амплификация (молекулярная биология)|амплифицируются]]. Продукты [[Полимеразная цепная реакция |ПЦР]] очищают и встраивают в [[Плазмиды|плазмиду]] после минимального промотора в [[3′-Нетранслируемая область|3'-нетранслируемую область]] репортёрного гена, позволяя активному энхансеру активировать транскрипцию [[ДНК-зависимая РНК-полимераза|РНК-полимеразой]] участка ДНК, содержащего после точки начала транскрипции последовательность самого энхансера. Далее клетки [[Трансфекция|трансфецируют]] полученной репортерной библиотекой и культивируют. [[Полиаденилирование|Полиаденилированную]] РНК выделяют из тотальной РНК и с помощью [[Обратная транскрипция|обратной транскрипции]] получают кДНК, которую амплифицируют, после чего узнают последовательность фрагментов с помощью [[Секвенирование спаренных концов|секвенирования спаренных концов]]. Секвенированные фрагменты [[Картирование генов|картируются]] на референсный геном и данные отправляются на компьютерную обработку<ref name=":0" />.

== Результаты применения метода ==
=== Определение энхансеров в ''Drosophila'' ===
Изначально метод STARR-seq был применен к геному ''Drosophila''. Было обнаружено, что большая часть (55,6 %) энхансеров располагается в [[интрон]]ах, в частности в первом интроне, и межгенных областях. Интересно, что небольшая часть (4,5 %) энхансеров располагаются в сайтах старта транскрипции, в связи с чем можно предположить, что эти энхансеры могут и запускать транскрипцию в данном месте, и воздействовать на транскрипцию других генов. Наиболее активные энхансеры располагаются вблизи [[Гены домашнего хозяйства|конститутивных генов]], например, кодирующих белки [[цитоскелет]]а, и некоторых регуляторов развития, например, транскрипционных факторов. Авторы показали, что множество генов регулируются несколькими независимыми активными энхансерами. Кроме того, оказалось, что уровни [[Экспрессия генов|экспрессии генов]] в среднем коррелируют с суммарной энхансерной активностью в пересчёте на ген, что обеспечивает прямую связь между уровнем экспрессии и энхансерной активностью<ref name=":0" />.

=== Описание регуляторных вариантов аллелей ===
Используя STARR-seq для поиска и описания регуляторных вариантов [[Аллели|аллелей]], Vockey и др. обнаружили эффекты генетической изменчивости [[человек]]а на функции некодирующих регуляторных элементов, измеряя активность 100 предположительных энхансеров из геномов 95 человек. Такой подход позволяет идентифицировать регуляторные варианты (в том числе [[Однонуклеотидный полиморфизм|ОНП]]), которые находятся в геномных [[локус]]ах, способствующих изменению уровней экспрессии различных [[мРНК]] ({{нп5|eQTL||en|Expression_quantitative_trait_loci}}), а также вносящих вклад в сложные [[Фенотип|фенотипы]]<ref>{{cite pmid|26084464}}</ref>.

=== Преимущества метода ===
Метод STARR-seq обладает следующими преимуществами:
* Полногеномноное и количественное определение энхансеров, по производительности превосходящее методы, основанные на изучении модификаций [[Хроматин|хроматина]].
* Скрининг фрагментов ДНК из произвольных источников и в любом типе клеток и [[Ткань (биология)|тканей]].
* Применение [[Секвенирование спаренных концов|секвенирования спаренных концов]] обеспечивает высокую чувствительность метода: транскрипты обнаруживаются даже при наличии в них дестабилизирующих элементов.
* Результаты по количественному определению энхансерной активности высоко воспроизводимы.
* Возможна идентификация энхансеров, даже если их активность подавляется эндогенными стимулами<ref name=":0" />.

== Направления развития ==
STARR-seq за счёт сочетания классических методов [[Молекулярная биология|молекулярной биологии]] с высокоспециализированными [[Биоинформатика|биоинформатическими]] методами позволяет детектировать и количественно оценивать энхансерную активность. К настоящему моменту STARR-seq был применен в клетках [[мыши]] и человека, и его эффективность была подтверждена<ref>{{cite pmid|25872643}}</ref>. Применение STARR-seq к множеству типов клеток различных организмов позволит сделать существенный шаг в изучении регуляции генов и ответственных за неё [[Передача сигнала (биология)|сигнальных путей]] в ходе развития и при [[Дифференцировка клеток|дифференциации]] клеток, в норме и при [[Патология|патологии]]<ref name=":2" />.

== Примечания ==
{{примечания|2}}

{{Добротная статья|Биоинформатика|Генетика}}

[[Категория:Методы молекулярной биологии]]
[[Категория:Экспрессия генов]]
[[Категория:Биоинформатика]]
{{Навигационная таблица/Портал/Русская Википедия}}
[[Категория:Русская Википедия]]
[[Категория:Википедия]]
[[Категория:Статья из Википедии]]
[[Категория:Статья из Русской Википедии]]

Русская Википедия:STARR-seq - История изменений