Hücre kimliği, bir organizma içindeki bir hücre türünü diğerinden ayıran benzersiz özellikler ve özellikler anlamına gelir. Bu kimlik, hücrelere kendi özel fonksiyonlarını ve yapılarını veren proteinlerin üretimini kontrol eden spesifik genlerin ekspresyonu ile belirlenir.
Genlerin aktivasyonu ve ekspresyonu, tür ve fonksiyona dayalı olarak hücre modellerindeki benzerlikleri ortaya çıkarır. doku ve organlar boyunca. Bu örüntüleri anlamak, hücreleri kavrayışımızı geliştirir ve hastalıkların altında yatan mekanizmaların ortaya çıkarılmasına yönelik içgörüler sunar.
Uzamsal transkriptomik teknolojilerinin ortaya çıkışı, bilim insanlarının gen ifadesini bir bütün olarak doku örnekleri bağlamında incelemesine olanak sağlamıştır. Bununla birlikte, bu bilgiyi işlemek ve bu gen ifade modellerinin tanımlanmasını ve anlaşılmasını kolaylaştırmak için yeni hesaplama teknikleri gereklidir.
Carnegie Mellon Üniversitesi’nde Hesaplamalı Biyoloji Profesörü Jian Ma ve Stephanie Lane liderliğindeki bir araştırma ekibi Bilgisayar Bilimleri Okulu, bu boşluğu doldurmak için bir makine öğrenimi aracı geliştirdi. SPICEMIX adlı yöntem hakkındaki makaleleri, yakın zamanda Nature Genetics’in kapak hikayesi olarak yayınlandı.
SPICEMIX, araştırmacıların, beyin gibi karmaşık dokulardaki hücrelerin genel gen ifadesinde farklı uzamsal modellerin oynadığı rolü çözmelerine yardımcı olur. Bunu, her bir modeli, belirli bir biyolojik sürece bağlı olabilecek ve doku boyunca düzgün veya düzensiz desenler gösterebilen gen grupları olan uzamsal metajenlerle temsil ederek yapar.
Ma’nın da dahil olduğu ekip; Hesaplamalı Biyoloji Departmanında bir proje bilimcisi olan Benjamin Chidester; ve Doktora öğrenciler Tianming Zhou ve Shahul Alam, farelerde ve insanlarda beyin bölgelerinden alınan uzamsal transkriptomik verileri analiz etmek için SPICEMIX’i kullandı. Beyin hücre tiplerinin ve uzamsal modellerin manzarasını ortaya çıkarmak için SPICEMIX’in benzersiz özelliklerinden yararlandılar.
Chidester, “Adını seçerken yemek pişirmekten ilham aldık,” dedi. “Aynı baharat seti ile her türlü farklı aromayı yapabilirsiniz. Hücreler benzer şekilde çalışabilir. Ortak bir dizi biyolojik süreç kullanıyor olabilirler, ancak kullandıkları özel kombinasyon onlara benzersiz kimliklerini veriyor.”
Beyin dokularına uygulandığında SPICEMIX, beyindeki hücre tiplerinin uzamsal modellerini diğer yöntemlerden daha doğru bir şekilde tanımladı. . Ayrıca, öğrenilen uzamsal metagenler aracılığıyla beyin hücresi türlerinin yeni ifade modellerini ortaya çıkardı.
“Bu bulgular, beyin hücresi türlerinin karmaşıklığının daha eksiksiz bir resmini çizmemize yardımcı olabilir,” dedi Zhou.
{6 }Uzamsal transkriptomik teknolojilerini kullanan çalışmaların sayısı hızla artıyor ve SPICEMIX, araştırmacıların bu yüksek hacimli, yüksek boyutlu verilerden en iyi şekilde yararlanmasına yardımcı olabilir.
“Metodumuz, uzamsal transkriptomik araştırmaları ilerletme potansiyeline sahiptir ve karmaşık dokularda hem temel biyolojinin hem de hastalık ilerlemesinin daha derin bir şekilde anlaşılmasına katkıda bulunuyor,” dedi Ma.
Referans: “SpiceMix, hücre kimliğinin bütünleştirici tek hücreli uzamsal modellemesini sağlar” yazan Benjamin Chidester, Tianming Zhou, Shahul Alam ve Jian Ma, 9 Ocak 2023, Nature Genetics.
DOI: 10.1038/s41588-022-01256-z