基因如何相互作用来构建组织和生物

虽然近几十年来，我们对人类细胞和组织的了解稳步增加，但许多事情仍然是未知的。例如，细胞以一种短暂的动态状态存在，了解它们是破译疾病和寻找治疗方法的基础。实验室研究细胞类型的经典技术面临着局限性，无法实现细胞功能的精细细节。

为了克服这一障碍，由Holger Heyn领导的西班牙巴塞罗纳基因组调控中心(CRG)的国家基因组分析中心(CNAG-CRG)的一组科学家开发了一种基于数学图论的新计算工具，以推断健康和病理器官的全球大规模调控网络，例如那些受糖尿病或阿尔茨海默病影响的器官。研究人员可以识别与器官功能和疾病潜在驱动因素相关的基因。他们将在最新一期的《基因组生物学》杂志上发表他们的发现。

“我们之前开发的单细胞转录组学工具对于发现未知细胞类型非常有用，”CNAG-CRG高级博士后研究员、该研究的第一作者乔瓦尼雅科诺说。“这些工具使我们能够描述具有独特生物学功能和层次关系的新类型和亚型细胞，”他补充道。

到目前为止，单细胞分析已经被用来了解细胞类型及其在组织中的功能。单细胞基因组学团队负责人霍尔格海恩(Holger Heyn)表示：“像人类细胞图谱(Human Cell Atlas)项目这样的大型财团已经制作出了整个生物体的单细胞图谱，这需要复杂的分析策略，才能将大数据转化为破坏性的生物学和临床见解。CNAG-CRG，本文资深作者。

这个科学团队开发的工具现在将使他们走得更远，看看基因如何相互作用形成组织。“我们的工具试图精确解决控制细胞形态和功能的调节过程，”雅科诺强调。

该工具基于图论，这是一个抽象的数学模型，节点由边连接。一旦有了图和结构，就可以衡量每个节点对网络的重要性。在这种情况下，每个节点都是一个基因，重要性被定义为基因的功能是研究中的生物系统的关键。

CNAG-CRG研究人员处理了数千个细胞的数据集，以推断驱动细胞表型形成的调控网络及其各自的功能。他们用自己的工具研究二型糖尿病病和阿尔茨海默病，可以找出与这些疾病相关的功能变化。重要的是，这为寻找新的药物靶点打开了大门。

“我们开发的网络分析超越了目前应用的方法，我们可以深入了解基因活动如何塑造组织和器官。这对于了解这些被网络破坏的疾病，找到有效的治疗“跟腱”非常重要。海因说。

这个工具可能适用于任何疾病，从阿尔茨海默病到慢性淋巴细胞白血病。“我们将应用我们的工具为许多疾病提出新的靶基因，然后可以在进一步的研究中得到验证。”雅科诺说。