細胞内シグナル伝達とシス制御配列活性の DNA への象徴的記録

Core Concepts

生物学的活性を安定的に DNA に記録する新しいパラダイムを実証した。

Abstract

本研究では、従来の遺伝子発現や細胞内シグナル伝達の測定方法とは異なる新しいアプローチを提案している。従来の方法では、生物学的サンプルを観察する際に破壊または生きたままイメージングする必要があった。
本研究では、そのような生物学的活性を安定的に DNA に記録する方法を開発した。具体的には、エンハンサー駆動型ゲノム記録(ENGRAM)と呼ばれるシステムを用いて、細胞型特異的な数十から数百のシス制御配列の活性を高い精度、感度、再現性で記録できることを示した。
さらに、WNT、NF-κB、Tet-On シグナル経路に応答するシス制御配列を利用して、時間および濃度依存的なゲノム記録も実現した。DNA Typewriter1 との組み合わせにより、2つの直交するシグナル経路の時間的ダイナミクスを DNA に安定的に記録することも可能であることを示した。
最後に、マウス胚性幹細胞からガストロイドへの分化過程において、ほぼ100の転写因子コンセンサスモチーフの一過性の活性を包括的に記録することにも成功した。
これらの実験は概念実証段階のものであり、まだ多くの課題が残されているが、細胞内の生物学的シグナルや状態を時間をかけて DNA に記録する象徴的アプローチには、生物学システムの計測手法を補完する広範な可能性があると考えられる。

Stats

細胞型特異的な数十から数百のシス制御配列の活性を高い精度、感度、再現性で記録できる。
WNT、NF-κB、Tet-On シグナル経路に応答するシス制御配列を利用して、時間および濃度依存的なゲノム記録を実現した。
マウス胚性幹細胞からガストロイドへの分化過程において、ほぼ100の転写因子コンセンサスモチーフの一過性の活性を包括的に記録した。

Quotes

「生物学的活性を安定的に DNA に記録する新しいパラダイムを実証した。」
「細胞内の生物学的シグナルや状態を時間をかけて DNA に記録する象徴的アプローチには、生物学システムの計測手法を補完する広範な可能性がある。」

Key Insights Distilled From

Symbolic recording of signalling and cis-regulatory element activity to DNA - Nature

by Wei Chen,Jun... at www.nature.com 07-17-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07706-4

Deeper Inquiries

この技術を用いて、どのような新しい生物学的発見や洞察が得られる可能性があるか

この技術を用いることで、新しい生物学的発見や洞察が得られる可能性があります。例えば、ENGRAMを用いてcis-regulatory elementsの活動を記録することで、細胞特異的な活動を高い忠実度、感度、再現性で多重記録することが可能となります。さらに、WNT、NF-κB、Tet-Onなどのシグナル伝達経路に反応するcis-regulatory elementsを用いることで、時間や濃度に応じたゲノムへの記録が可能となります。また、ENGRAMを用いて、マウス胚性幹細胞の分化を記録することで、ほぼ100の転写因子コンセンサスモチーフの一時的な活動を記録することができます。これにより、細胞内の生物学的シグナルや状態をゲノムに記号として記録することで、生物学的システムにおける測定方法の新たなパラダイムが生まれる可能性があります。

この技術の倫理的な懸念点や課題はどのようなものが考えられるか

この技術には倫理的な懸念点や課題が考えられます。例えば、ゲノムへの記号の挿入が正確でない場合、誤った情報が記録される可能性があります。また、この技術を誤用することで、個人の遺伝子情報や生物学的活動が不正確に記録されることでプライバシーの侵害や個人情報の漏洩のリスクが考えられます。さらに、この技術を用いた研究や応用において、適切な倫理的ガイドラインや規制が必要となるでしょう。

この技術を応用して、生物学以外の分野でどのような応用が考えられるか

この技術を応用することで、生物学以外の分野でもさまざまな応用が考えられます。例えば、この技術を応用して、医学の分野では疾患の発症メカニズムや治療法の開発に役立つ可能性があります。また、環境科学の分野では、環境中の生物の応答や汚染物質の影響を記録することで、環境保護や持続可能な開発に貢献することができるかもしれません。さらに、この技術を応用して、農業や食品安全の分野でも、生物の応答や遺伝子の活動を記録することで、作物の品質向上や病害虫の管理に役立つ可能性があります。