Categories: Biologi

Regulasi Gen : Memetakan Keragaman Seluler

Para ilmuwan mendapatkan wawasan tentang mekanisme yang mendasari perbedaan regulasi gen di seluruh sel dalam tubuh kita melalui cisTopic.

CisTopic adalah sebuah metode informatika baru yang dikembangkan oleh sebuah tim ahli biologi komputasi Belgia yang dipimpin oleh Stein Aerts (VIB-KU Leuven).

Dalam sebuah publikasi dalam jurnal Nature Methods, Aerts dan timnya mendemonstrasikan berbagai aplikasi dari metode ini, dari penelitian otak hingga biologi kanker.

Baca juga : Gen Gula Beracun: Sejarah Evolusi Gen Gula Kanker

Genom kita dikendalikan oleh kombinasi molekul pengatur yang “mengaktifkan” gen target dalam DNA kita.

Molekul pengatur ini berikatan dengan apa yang disebut dengan daerah enhancer dan promotor dalam kromosom kita.

Memahami kapan dan bagaimana mereka diaktifkan, dapat mengajarkan kita banyak hal tentang keragaman sel dalam tubuh kita.

“Semua sel dalam tubuh kita pada dasarnya mengandung DNA yang sama,” jelas Prof. Stein Aerts, yang memimpin laboratorium untuk biologi komputasi di VIB dan KU Leuven.

“Apa yang membuat setiap jenis sel unik adalah gen mana yang aktif pada waktu tertentu.”

Kemajuan terbaru dalam teknologi sel tunggal telah memungkinkan para ilmuwan seperti Aerts untuk melihat aktivitas gen dan aksesibilitas wilayah DNA pengatur untuk ribuan sel individu.

Tetapi informasi ini belum memecahkan tantangan rekayasa balik (reverse engineering) kode regulasi gen.

Pengelompokan sel

Carmen Bravo González-Blas dan Liesbeth Minnoye, dua peneliti muda di lab Aerts, berangkat untuk mencoba mengatasi permasalahan ini.

“Data yang dapat kita peroleh dari satu sel tunggal, mengenai aksesibilitas daerah regulasi spesifik dalam DNA-nya, adalah sangat jarang.”

“Namun, kami ingin mengelompokkan sel-sel individual menjadi kelompok berdasarkan kesamaan wilayah yang dapat diakses ini.”

Untuk mengatasi masalah ini, Bravo González-Blas meminjam teknik komputasi dari bidang penambangan teks, yang disebut Pemodelan Topik.

Dia menjelaskan:

Dalam penambangan teks, komputer dapat menemukan topik dari koleksi teks yang besar, serta istilah yang penting untuk setiap topik.

Ketika diterapkan pada masalah kontrol gen, komputer dapat menemukan “topik” yang penting untuk setiap jenis sel dalam tubuh kita.

Hal itu juga memungkinkan kami mengidentifikasi wilayah regulasi untuk setiap topik.

“Kami mengevaluasi metode baru kami pada berbagai set data. Dan kami menemukan bahwa memungkinkan bagi kami untuk secara akurat memulihkan tipe sel yang diharapkan dan yang baru,” tambah Minnoye.

“Terutama pada data yang sangat jarang, metode kami lebih kuat daripada pendekatan yang dikembangkan sebelumnya.”

Belajar lebih banyak tentang jaringan kompleks

Para peneliti menerapkan cisTopic pada populasi sel yang secara biologis kompleks, seperti sel yang ada pada otak mamalia.

CisTopic tidak hanya memungkinkan mereka untuk memulihkan tipe sel utama di otak, tetapi juga dapat mengidentifikasi subpopulasi baru dan regulator utama jenis sel neuron.

Baca juga : Sumber Baru untuk Perkembangan Otak Ditemukan!

“Selain otak, kami juga menggunakan cisTopic untuk menyelidiki perubahan dinamis dalam aksesibilitas gen dalam kultur sel melanoma dari pasien,” tambah Aerts.

“Ketika kami memodulasi salah satu modulator penting yang diketahui dalam sel kanker ini, untuk pertama kalinya kami dapat melacak perubahan dalam aksesibilitas berbagai wilayah DNA dari waktu ke waktu.”

“Pendekatan semacam itu pada akhirnya akan memungkinkan kita untuk lebih memahami apa yang sebenarnya dilakukan oleh regulator utama dalam sel kanker, dan gen mana yang mereka kendalikan.”

Baca juga : Tes Genetik Baru untuk Memprediksi Kekambuhan Kanker

Aplikasi yang berbeda ini mengilustrasikan nilai metode baru tim untuk mempelajari para pemain dan mekanisme yang mengatur regulasi gen dalam sel kita.

Menurut ahli biologi komputasi seperti Aerts, ini adalah langkah penting menuju pemantauan keadaan sel secara real-time dalam hal kesehatan dan penyakit.

Journal Reference:

  1. Carmen Bravo González-Blas, Liesbeth Minnoye, Dafni Papasokrati, Sara Aibar, Gert Hulselmans, Valerie Christiaens, Kristofer Davie, Jasper Wouters, Stein Aerts. cisTopic: cis-regulatory topic modeling on single-cell ATAC-seq data. Nature Methods, 2019; DOI: 10.1038/s41592-019-0367-1

Recent Posts

Obat Diabetes Ini Dapat Membalikkan Gagal Jantung

Para peneliti baru-baru ini menunjukkan bahwa obat diabetes empagliflozin dapat mengobati dan membalikkan perkembangan gagal jantung pada model hewan non-diabetes.… Read More

21 April 2019 19:30

Cara Kura-Kura Raksasa Menghadapi Perubahan Iklim

Kura-kura raksasa Galapagos, terkadang disebut Penjaga Kebun Galapagos, adalah makhluk kebiasaan. Di musim kemarau yang dingin, dataran tinggi lereng gunung… Read More

20 April 2019 19:36

Perkembangan Teknologi Pemungutan Suara di AS

Di Amerika Serikat, teknologi pemungutan suara berkembang dari awalnya menggunakan kertas suara yang dihitung manual, hingga menggunakan mesin pemilihan elektronik… Read More

19 April 2019 14:56

Perbedaan Quick Count, Exit Poll, dan Real Count

Pemilihan umum sudah selesai, muncul beberapa istilah yang sering kita dengar, seperti Quick Count, Exit Poll dan Real Count. Apa… Read More

18 April 2019 11:07

Cassini NASA Mengungkapkan Kejutan Danau Titan

Dalam perjalanan terakhir bulan terbesar Saturnus pada tahun 2017, pesawat ruang angkasa NASA Cassini mengumpulkan data radar yang mengungkapkan bahwa… Read More

17 April 2019 08:12

Benarkah Kemampuan Kognitif Dipengaruhi Gen?

Perbedaan individu dalam kemampuan kognitif pada anak-anak dan remaja sebagian tercermin dalam variasi dalam urutan DNA mereka, menurut sebuah penelitian… Read More

16 April 2019 20:42