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肠道疾病和基因分析网络

肠道疾病在许多病例中难以诊断,其潜在的功能障碍在许多病例中难以理解。现在,发表在《分子组学》杂志上的一项新研究承诺,通过深入研究基因如何在健康中以复杂的方式相互作用,而在疾病中却没有这种作用,可以更好地了解这些情况是如何发生的及其机制。这是通过一个原始的计算和实验过程网络,旨在指出肠道的主调节基因,以及那些参与炎症性肠病(IBD)的发病或维持的基因。

 

 

肠道包含一系列独特的细胞,每个细胞都有多种功能和角色。例如,Paneth细胞分泌特殊的肽,短链氨基酸,保护肠道免受微生物感染。杯状细胞释放粘液,这是一层厚厚的保护层,能使胃酸、消化液和细菌产物安全地与消化道表面的上皮细胞隔绝。当这些细胞不能正常发挥功能时,IBD和其他疾病就会出现。

类有机物是培养成小的三维人体上皮细胞团块的干细胞。这些细胞要么取自病人,要么取自实验小鼠。其目的是建立一个小规模的人体肠道模型,以及它对各种疗法的反应。这是研究和实现精准医疗的一种方式。

在目前的研究中,研究人员观察了小肠上皮细胞产生的类肠生物。例如,通过用更多的一种细胞(鼓励更多特定类型的细胞分化)来修饰这些细胞质,也可以帮助理解不同类型的细胞在整个系统中的重要性。它还允许研究各种基因如何在健康或疾病中相互作用。最重要的问题是,这样的修改是与系统的建模功能一致,还是破坏了它作为模型的作用?

目前的研究旨在帮助回答这个问题。研究人员建立了一个线性序列的分析任务,生成在这些细胞器中表达的mRNA、microRNA和长链非编码RNA的轮廓,以帮助直接比较这些细胞器中富集的细胞器和未富集的细胞器中的基因表达。然后将这些数据集与另一个数据库进行比较,该数据库包含了目前已知的所有基因相互作用,并且一直在增长。例如,他们利用网络方法预测,如果有更多的Paneth细胞存在,像Cebpa、Jun、Nr1d1和Rxra等专门调节Paneth细胞功能的关键调控分子将在更高水平上表达。类似地,他们预测了杯状细胞的调控分子,以及当这两种细胞都表达时的调控分子。

研究人员阿加莎·特瑞威尔说:“根据我们的转录组学分析,我们发现使用有机增菌法后,目标细胞类型明显增加。对组织样本中的单个细胞进行转录组测序,以找出健康人和IBD患者的肠道中每种上皮细胞类型的数量,这种方法要优越得多。他们还发现,当一种细胞被优先分化时,肠内分泌细胞也会被富集。

这项工作意味着调控基因现在可以被标记,特别是那些参与控制多个过程的基因,因此对Paneth和goblet细胞的正常功能至关重要。

研究人员发现,在这些基因中,许多与炎症反应和IBD相关的基因有重叠。无论是在Paneth/goblet细胞分化之前还是之后,调控环境都会被重写,这可以部分解释IBD的发病。这不仅证实了Paneth细胞在IBD中的主要作用,而且还显示了探索这类肠道疾病的另一种机制。

一些限制是存在的,例如某些用来丰富特定细胞类型的分子对其他细胞通路的抑制作用。

特瑞威尔称这是“在建立更好地了解肠道中起作用的基因网络方面迈出的开拓性一步”,他接着说,这项工作将帮助他们建立新的实验,以更深入地探索相关过程。一体化的系统生物学的设置不仅是有用的检查中积累的瀑样干细胞从IBD患者检索,根据研究员Tamas Korcsmaros,但会让他们分析益生菌或药物的影响在任何重要的肠道细胞类型。

 

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