Transkriptomas: kas tai? RNR profilis, kiekis ir skirtumas nuo egzomo
Sužinokite, kas yra transkriptomas: RNR profilis, molekulių kiekis ir pagrindiniai skirtumai nuo egzomo — aiškus, praktinis vadovas mokslui ir diagnostikai.
Transkriptomas - tai visų RNR molekulių, esančių vienoje ląstelėje arba ląstelių populiacijoje, rinkinys. Esmė ta, kad RNR transkribuoja bazinę seką iš DNR vykstant procesui, vadinamam transkripcija. Terminas "transkriptomas" kartais vartojamas kalbant apie visas RNR arba tik apie mRNR, priklausomai nuo konkretaus eksperimento.
Transkriptomas apima ne tik tai, ką galima įvardinti kaip individualias RNR rūšis, bet ir šių molekulių kiekinę informaciją — kiek tos RNR yra tam tikroje ląstelių populiacijoje ar būsenoje. Tuo jis skiriasi nuo egzomo, kuris nurodo tik tuos RNR fragmentus, kurie iš tikrųjų koduoja baltymus. Kitaip sakant, egzomas yra transkriptomo dalis, sudaryta iš mRNR, o transkriptomas apima ir neproteinus koduojančias RNR.
Kokios RNR sudaro transkriptomą?
Transkriptomas yra įvairialypis. Jame gali būti:
- mRNR (messenger RNA) — baltymų koduojančios RNR;
- rRNR (ribosominė RNR) ir tRNR (transportinė RNR) — svarbios proteinų sintezei;
- mažos ir ilgos ne-coding RNR: miRNA, siRNA, lncRNA, snRNA, snoRNA ir kt., kurios reguliuoja genų raišką, splicingą ir kitas ląstelės funkcijas;
- alternatyvių izoformų transkriptai, atsirandantys dėl alternatyvaus splicingo ar skirtingo pradžios/galų taškų.
Kaip tiriamas transkriptomas?
Pagrindinės metodikos:
- RNA-seq (masyvus RNR sekvenavimas) — plačiai naudojamas metodas, leidžiantis nustatyti ir kiekybiškai įvertinti įvairių RNR sekas ir jų izoformas;
- mikroarray (mikroplokštelės) — anksčiau populiari technologija, leidžianti matuoti žinomų transkriptų raišką;
- qPCR — tikslus pavienių genų raiškos kiekinis įvertinimas;
- single-cell RNA-seq — leidžia analizuoti transkriptomą atskirose ląstelėse ir atskleisti ląstelių heterogeniškumą.
Kiekybinėje analizėje naudojami rodikliai: skaitymų skaičius (raw counts), normalizuoti vienetai kaip TPM (transcripts per million) arba FPKM/RPKM. Analizėje svarbūs žingsniai — kokybės kontrolė, normalizacija, diferencinės raiškos nustatymas ir biologinė interpretacija.
Praktinės reikšmės ir taikymai
Transkriptomos tyrimai padeda suprasti ląstelių būsenas ir procesus: vystymąsi, diferenciaciją, atsaką į vaistus ar stresą, ligų mechanizmus. Pavyzdžiui:
- rasti biomarkerius ligų diagnostikai ar prognozavimui;
- atpažinti reguliavimo tinklus ir signalines kelynes;
- analizuoti alternatyvų splicingą, kuris gali daryti įtaką baltymų funkcijai;
- naudoti single-cell technologijas vėžio tyrimuose ar imunologijoje, norint išskirti retas ląstelių populiacijas.
Apribojimai ir iššūkiai
Nors transkriptomos analizė yra labai informatyvi, ji turi ir ribotumų:
- RNR kiekis nebūtinai atspindi baltymų kiekį ar aktyvumą — posttransliaciniai procesai taip pat lemia baltymų lygius;
- labai žemos gausos transkriptai gali būti prastai aptinkami arba painiojami su triukšmu;
- techninė variacija tarp bandinių, bibliotekų paruošimo ir sekvenavimo gali įtakoti rezultatus — reikia kruopščios kontrolės ir normalizacijos;
- informacijos interpretacija reikalauja biologinio konteksto ir papildomų eksperimentinių patvirtinimų.
Apibendrinant: transkriptomas yra dinamiškas ląstelės „RNR portretas“, suteikiantis vertingos informacijos apie tai, kurie genai yra aktyvūs tam tikru laiku ar sąlygomis, kokios RNR rūšys ir izoformos egzistuoja ir kaip keičiasi jų kiekiai. Tyrimai transkriptomos lygyje leidžia suprasti sudėtingus biologinius procesus ir rasti praktinius sprendimus biomedicinoje bei biotechnologijose.
Ieškoti