Anar al contingut

Seqüenciació de cèlules individuals

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

La seqüenciació de cèlules individuals (single-cell sequencing en anglés) és un conjunt de tecnologies utilisades per a determinar l'orde dels nucleòtits en l'ADN o ARN de cèlules individuals.[1]

Per la possibilitat d'estudiar a cada cèlula per separat, estes tecnologies posseïxen una resolució superior als métodos de seqüenciació tradicionals (basats en l'estudi de teixits complets)[2] i, en conseqüència, tenen moltes aplicacions en la biologia celular i la biomedicina. Per eixemple, la seqüenciació de cèlules individuals s'ha utilisat per a entendre la composició de diversos òrguens o teixits i descobrir nous tipos celulars.[3][4][5] Igualment, en el camp de la biologia del desenroll estes tecnologies permeten estudiar a detall els processos de diferenciació celular i organogenesis;[6][7] i en el context del càncer permeten identificar mutacions presents únicament en un subgrup de cèlules.[8]

La seqüenciació de cèlules individuals es basa en métodos biofísics com la citometría de fluix o dispositius de microfluidos, que permeten separar a les cèlules contingudes en una suspensió o teixit i analisar-les una al mateix temps.[9][10] L'orde dels nucleòtits en cada una d'estes cèlules és determinat utilisant métodos de seqüenciació d'alt rendiment.

El primer pas per a aplicar esta metodologia consistix en seleccionar un método adequat per a l'aïllament i la selecció de cèlules individuals. Entre les tècniques més empleades es troben la centrifugación i la classificació magnètica. No obstant, actualment existixen métodos més alvançats i eficients, com la citometría de fluix activada per fluorescència (FACS, per les seues sigles en anglés).[11]

El FACS és una tècnica que es basa en la citometría de fluix per a classificar i separar cèlules individuals segons les seues característiques específiques.[12] Utilisa anticossos marcats en fluorocromos que s'unixen a proteïnes de superfície en les cèlules d'interés. Per mig de l'us de làsers i detectors, s'analisen propietats físiques i químiques de les cèlules, permetent la seua identificació i posterior aïllament.[11][13]

Usos

[editar | editar còdic]

Els organismes multicelulares estan formats per millons de cèlules organisades en estructures complexes com a teixits i òrguens. El material genètic de totes estes cèlules (a excepció dels gamets, en a on està activa la recombinació genètica) és pràcticament idèntic; no obstant, per processos moleculars com l'expressió genètica i les mutacions, cada cèlula en un organisme és llaugerament distinta a les demés. En primer lloc, no totes les cèlules expressen els mateixos gens, sino que cada tipo celular utilisa un conjunt característic de gens que li permet portar a terme les seues funcions especialisades.[14] Per eixemple, els eritrocits expressen els gens necessaris per a produir hemoglobina i transportar oxigen, mentres que les cèlules beta del pàncrees expressen el gen de l'insulina i regulen els nivells de glucosa en sanc. En segon lloc, els processos de mutació somàtica (per eixemple, els canvis en el ADN induïts per la radiació ultravioleta[15] o l'acumulació de mutacions durant el càncer[16]) poden modificar el ADN de cada cèlula de forma única.[17] Per a estudiar estos processos biològics és necessari analisar a cada cèlula per separat.

La majoria dels métodos de seqüenciació actuals, per eixemple la seqüenciació de ADN o la seqüenciació de ARN, requerixen d'una gran cantitat de material biològic per a poder detectar i quantificar als distints àcit nucleicos; per eixemple, utilisen mostres de teixit en alt contingut celular. Debido a ello, se'ls denomina tècniques de seqüenciació en massa (de l'anglés bulk sequencing), puix els seus resultats representen el promig de millons de cèlules.[18][19] La seqüenciació en massa llimita l'anàlisis de mostres complexes formades per molts tipos celulars distints. Per eixemple, encara que la seqüenciació de ARN nos permet entendre qué gens estan actius en una mostra de tumor, no és possible usar-la per a determinar qué percentage de les cèlules en la mostra expressa cada u d'estos gens.

Recents alvanços tecnològics han permés superar estes llimitacions analisant el material genètic de cada cèlula individualment. Per un costat, alvanços en la biofísica, per eixemple dispositius de microfluidos o nous citómetros de fluix, han fet possible separar a les cèlules d'una mostra, una per una. Ademés, alvanços en la biologia molecular han millorat els métodos d'amplificament de nucleòtits, reduint dramàticament el seu llímit de detecció fins a permetre la quantificació d'àcits nucleicos provinents d'una sola cèlula.[20]

La seqüenciació de cèlules individuals permet explorar la variabilitat genètica en un nivell de resolució sense precedents, identificant característiques genómicas que serien inaccessibles en métodos tradicionals. Una de les seues principals aplicacions és la detecció de variants genètiques, com a variants d'un sol nucleòtit (SNVs), variants estructurals (SVs) i repeticions en tàndem (TRs).[13] Açò és particularment útil per a analisar regions complexes del genoma, incloses les anomenades “regions obscures”, que solen ser difícils de secuenciar pel seu alt contingut en repeticions o composició GC extrema[13] Estes capacitats són clau per a estudis en els que es requerix una caracterisació genètica detallada de cada cèlula individual, com en malalties genètiques o estudis evolutius.

Una atra utilitat destacada de la seqüenciació de cèlules individuals és la seua capacitat per a l'estudi de variacions somàtiques, com les mutacions que ocorren de forma específica en certes cèlules durant la vida d'un individu.[9] Este enfocament resulta crucial per a entendre processos com l'evolució tumoral, l'acumulació de mutacions en malalties relacionades en l'envelliment, i les taxes de mutació de novo[13] Ademés, permet la reconstrucció de haplotipos i l'anàlisis del genoma complet de cèlules individuals per mig d'ensamblage de novo, lo que obri noves possibilitats en investigacions clíniques i genómicas per a comprendre millor la regulació gènica i l'herència genètica[8][10][13]

Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ Nature Methods.11(1)
    25–27.ISSN 1548-7105.doi:10.1038/nmeth.2769.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  2. ↑ Molecular Cell.58(4)
    610–620.ISSN 1097-2765.doi:10.1016/j.molcel.2015.04.005.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  3. ↑ Nature.562(7727)
    367–372.ISSN 1476-4687.doi:10.1038/s41586-018-0590-4.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  4. ↑ Nature News.550(7677)
    451.doi:10.1038/550451a.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  5. ↑ Science.356(6335)ISSN 0036-8075.doi:10.1126/science.aah4573.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  6. ↑ Nature.566(7745)
    490–495.ISSN 1476-4687.doi:10.1038/s41586-019-0933-9.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  7. ↑ Nature.566(7745)
    496–502.ISSN 1476-4687.doi:10.1038/s41586-019-0969-x.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  8. ↑ 8,0 8,1 Genome Research.25(10)
    1499–1507.ISSN 1088-9051.doi:10.1101/gr.191098.115.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  9. ↑ 9,0 9,1 Nature Protocols.9(1)
    171–181.ISSN 1750-2799.doi:10.1038/nprot.2014.006.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  10. ↑ 10,0 10,1 Nature Communications.8(1)
    14049.ISSN 2041-1723.doi:10.1038/ncomms14049.Consultat el 5 de setembre de 2020.
  11. ↑ 11,0 11,1 Clinical Biochemistry.29(1)
    5–9.ISSN 0009-9120.doi:10.1016/0009-9120(95)02017-9.Consultat el 2024-12-12.
  12. ↑ Frontiers in Immunology.11ISSN 1664-3224.doi:10.3389/fimmu.2020.00216.Consultat el 2024-12-12.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Nature Communications.14(1)
    5164.ISSN 2041-1723.doi:10.1038/s41467-023-40898-3.Consultat el 2024-12-12.
  14. ↑ «Gene Expression | Learn Science at Scitable». www.nature.com. Consultat el 16 de setembre de 2020.
  15. ↑ Photochemistry and Photobiology.91(1)
    15–26.ISSN 0031-8655.doi:10.1111/php.12377.Consultat el 16 de setembre de 2020.
  16. ↑ Nature.446(7132)
    153–158.ISSN 0028-0836.doi:10.1038/nature05610.Consultat el 16 de setembre de 2020.
  17. ↑ Genome Biology.20(1)
    298.ISSN 1474-760X.doi:10.1186/s13059-019-1919-5.Consultat el 16 de setembre de 2020.
  18. ↑ Genome Research.25(10)
    1491–1498.ISSN 1088-9051.doi:10.1101/gr.190595.115.Consultat el 16 de setembre de 2020.
  19. ↑ Hemberg (m_hemberg), Vladimir Kiselev (wikiselev), Tallulah Andrews (talandrews), Jennifer Westoby (Jenni_Westoby), Davis McCarthy (davisjmcc), Maren Büttner (marenbuettner), Jimmy Lee (THJimmyLee), Krzysztof Polanski, Sebastian Y. Müller, Elo Madissoon, Stephane Ballereau, Maria Do Nascimento Lopes Primer, Rose Martinez Nunez and Martin. 2 Introduction to single-cell RNA-seq | Analysis of single cell RNA-seq data.
  20. ↑ Nature Methods.6(5)
    377–382.ISSN 1548-7105.doi:10.1038/nmeth.1315.Consultat el 16 de setembre de 2020.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Seqüenciació_de_cèlules_individuals&oldid=793538»