تسلسل STARR

تقنية STARR-seq (اختصارًا لتسلسل المنطقة التنظيمية النشطة ذاتية النسخ ) هي طريقة لتحليل نشاط المعززات لملايين المرشحين من مصادر عشوائية للحمض النووي. تُستخدم هذه التقنية لتحديد التسلسلات التي تعمل كمعززات نسخ بطريقة مباشرة وكمية وعلى مستوى الجينوم. ^{[ 1 ]}

في حقيقيات النوى ، تُنظَّم عملية النسخ بواسطة بروتينات ترتبط بتسلسلات محددة من الحمض النووي ( عوامل النسخ ) والمرتبطة بمحفز الجين ، وكذلك بواسطة تسلسلات تحكم بعيدة، بما في ذلك المُعزِّزات. المُعزِّزات هي تسلسلات حمض نووي غير مشفرة ، تحتوي على مواقع ارتباط متعددة لمجموعة متنوعة من عوامل النسخ. ^{[ 2 ]} وهي عادةً ما تستقطب عوامل نسخ تُعدِّل بنية الكروماتين وتتفاعل مباشرةً مع آلية النسخ الموجودة في محفز الجين. تستطيع المُعزِّزات تنظيم نسخ الجينات المستهدفة بطريقة خاصة بنوع الخلية، ^{[ 1 ]} بغض النظر عن موقعها أو بُعدها عن محفز الجينات. في سياقات معينة (انظر النقل الجيني (علم الوراثة) )، يمكنها حتى تنظيم نسخ الجينات الموجودة على كروموسوم مختلف . ^{[ 3 ]} مع ذلك، فإن المعرفة حول المُعزِّزات حتى الآن محدودة بدراسات عدد قليل منها، نظرًا لصعوبة تحديدها بدقة على نطاق الجينوم بأكمله. ^{[ 2 ]} علاوة على ذلك، تعمل العديد من العناصر التنظيمية فقط في أنواع خلايا معينة وفي ظروف محددة. ^{[ 4 ]}

يُعدّ الكشف عن المُحسِّنات في ذبابة الفاكهة منهجيةً مبتكرةً تعتمد على الإدخال العشوائي لناقل مُشتق من الترانسبوزون، والذي يُشفِّر بروتينًا مُخبِرًا في اتجاه مجرى مُحفِّز بسيط. يُتيح هذا النهج مُراقبة تعبير البروتين المُخبِر في الحيوانات المُعدَّلة وراثيًا ، ويُوفِّر معلوماتٍ حول الجينات المُجاورة التي تُنظِّمها هذه التسلسلات. وقد تحسَّن اكتشاف أنواع الخلايا وتوصيفها، بالإضافة إلى الجينات المُشاركة في تحديدها، بشكلٍ ملحوظٍ بفضل اكتشاف هذه التقنية. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

خلال السنوات القليلة الماضية، أظهرت تقنيات ما بعد الجينوم سماتٍ محددة للمُحسِّنات المُهيأة والنشطة، مما حسّن من اكتشاف المُحسِّنات. ^{[ 2 ]} وقد ساهم تطوير أساليب جديدة، مثل التسلسل العميق للمواقع شديدة الحساسية لإنزيم DNase I ( DNase-Seq )، وعزل العناصر التنظيمية بمساعدة الفورمالديهايد وتسلسلها ( FAIRE-Seq )، وترسيب الكروماتين المناعي متبوعًا بالتسلسل العميق ( ChIP-sequencing )، وتحليل شغل السيستروم المحدد بواسطة إنزيم MNase (MOA-seq ^{[ 9 ]} )، في توفير تنبؤات شاملة للمُحسِّنات على مستوى الجينوم من خلال سمات الكروماتين المرتبطة بها. ^{[ 1 ]}

مع ذلك، لا توفر تقنيتا DNase-seq وFAIRE-seq وحدهما قراءة وظيفية أو كمية مباشرة لنشاط المُحسِّن، لذا يلزم استخدام فحوصات مُبلِّغة تستنتج قوة المُحسِّن من الإثراء الكمي لنسخ المُبلِّغ لتقييم نشاطه كميًا. إلا أن هذه الفحوصات ليست عالية الإنتاجية ( علم الأحياء عالي الإنتاجية )، إذ يستحيل إجراء ملايين الاختبارات اللازمة لتحديد المُحسِّنات على مستوى الجينوم بأكمله. ^{[ 1 ]} يسعى تطوير تقنية STARR-seq إلى تجاوز هذا العائق التحليلي. بالاستفادة من معرفة أن المُحسِّنات تعمل بشكل مستقل عن مواقعها النسبية، تُوضع التسلسلات المرشحة في اتجاه مجرى مُحفِّز بسيط، مما يسمح للمُحسِّنات النشطة بنسخ نفسها. ثم تنعكس قوة كل مُحسِّن من خلال إثرائه النسبي بين الحمض النووي الريبوزي الخلوي. يُمكِّن هذا الربط المباشر بين التسلسلات المرشحة ونشاط المُحسِّن من التقييم المتوازي لملايين شظايا الحمض النووي من مصادر متنوعة. ^{[ 1 ]}

بفضل الجمع بين الأساليب التقليدية وتقنية التسلسل عالي الإنتاجية وأساليب الحوسبة الحيوية المتخصصة، يُمكن لتقنية STARR-seq الكشف عن المُعززات بطريقة كمية وشاملة للجينوم. تُعد دراسة تنظيم الجينات ومساراتها المسؤولة في الجينوم خلال النمو الطبيعي وفي حالات المرض من الأمور بالغة الصعوبة. لذا، فإن تطبيق تقنية STARR-seq على أنواع خلايا متعددة في الكائنات الحية يُسهم في تحديد عناصر تنظيم الجينات الخاصة بكل نوع خلوي، ويُقيّم عمليًا الطفرات غير المشفرة المُسببة للأمراض. وقد طُوّرت مؤخرًا طريقة مشابهة تربط بين التقاط المناطق ذات الأهمية وتقنية STARR-seq، وتم التحقق من صحتها على نطاق واسع في خطوط الخلايا الثديية. ^{[ 13 ]}