Nanofluidics identificerer epigenetiske ændringer ét molekyle ad gangen

(PhysOrg.com) - Ved hjælp af et system med nanofluidiske kanaler og flerfarvet fluorescensmikroskopi, et team af efterforskere ved Cornell University har udviklet en metode, der analyserer bindingen af ​​DNA og DNA-bindende proteiner kendt som histoner på bestemte steder langs individuelle DNA-molekyler. De data, der genereres ved hjælp af denne metode, giver information om den såkaldte epigenetiske tilstand i en celle, som afspejler forskelle i de gener, som en given celle udtrykker på et hvilket som helst tidspunkt.

Denne forskningsindsats blev ledet af Paul Soloway, Ph.d., og Harold Craighead, Ph.d., som også er hovedforsker ved Cornell University Physical Sciences-Oncology Center, et af otte nyetablerede centre finansieret af National Cancer Institute til at identificere og studere de fysiske og biologiske love og principper, der styrer udviklingen og spredningen af ​​kræft. Efterforskerne offentliggjorde resultaterne af dette projekt i tidsskriftet Analytisk kemi.

Hver celle i kroppen indeholder den samme genetiske plan, men det, der adskiller en levercelle fra en hjertecelle, er en række DNA -modifikationer, såsom methylering, der bestemmer det specifikke sæt gener, der udtrykkes i en bestemt celletype. Disse ændringer er kendt som epigenetiske, frem for genetisk, ændringer, da de ikke ændrer DNAs sekvens, bare dens strukturelle egenskaber. Disse strukturelle ændringer bestemmer, hvilke gener der er tilgængelige for de mange proteiner, der er involveret i at omdanne genetisk information til specifikke proteiner.

Der er mange teknikker, som forskere kan bruge til at undersøge sådanne epigenetiske ændringer, men disse metoder kræver et stort antal celler, og dermed, producere et gennemsnitligt billede af epigenetisk tilstand. Ud over, disse teknikker kan ikke undersøge hele genomet, de kan heller ikke undersøge to forskellige typer epigenetiske ændringer samtidigt.

For at løse disse begrænsninger, Cornell -teamet skabte en nanofluidisk enhed, der er i stand til at strømme individuelle DNA -molekyler gennem en kanal og forbi en detektor, der kan registrere og analysere fluorescensen af ​​DNA og dets associerede proteiner i realtid. Forskerne demonstrerede også, at de kan tage DNA fjernet fra dets proteiner, mærke det med et fluorescerende molekyle, der binder til methylerede baser, og påvise specifikke steder for DNA -methylering.

I dette sæt eksperimenter, forskerne brugte deres nanofluidiske system til at afsløre hyppigheden og sammenfaldet af epigenetiske ændringer i enkelte DNA -molekyler. Efterforskerne mener, imidlertid, at de vil være i stand til at ændre enheden til hurtigt at sortere DNA-proteinstrukturer baseret på deres epigenetiske signaturer. De sorterede kromatinfragmenter kunne derefter undersøges yderligere ved hjælp af alle DNA -værktøjer, herunder DNA -sekventering.

hans arbejde er detaljeret i et papir med titlen, "Enkeltmolekylær epigenetisk analyse i en nanofluid kanal." Et abstract af dette papir er tilgængeligt på tidsskriftets websted.