[發(fā)明專利]測定外部刺激對活細(xì)胞中生物通路影響的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880023352.1
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101743329A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·比特納;E·R·多爾蒂
• 申請（專利權(quán)）人: 平移基因組學(xué)研究所
• 主分類號: C12Q1/70
• 分類號: C12Q1/70
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

發(fā)明背景

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及系統(tǒng)生物學(xué)，更具體而言，涉及測定外部刺激對細(xì)胞傳導(dǎo)線路影響的原位方法。

背景信息

如同任何其它復(fù)雜系統(tǒng)一樣，生物學(xué)系統(tǒng)依賴于組成子系統(tǒng)的許多組分的功能，其中的每一個完成整個系統(tǒng)功能所需的具體過程。在多細(xì)胞生物中，所有細(xì)胞使用非常相似的核心子系統(tǒng)集，其是維持每個細(xì)胞的完整性和基本功能所必需的。這些子系統(tǒng)主要在于它們的活性水平不同，這取決于具體細(xì)胞類型必須完成什么特化功能。這些核心過程包括使細(xì)胞適應(yīng)性地對應(yīng)激和損害應(yīng)答的功能。

多細(xì)胞生物通常從單個細(xì)胞發(fā)育而來。在從單個細(xì)胞發(fā)育的過程中，大量的細(xì)胞彼此和與環(huán)境相互作用，以產(chǎn)生這樣一種有機(jī)體：其中具體器官中的細(xì)胞完成對與它們相關(guān)的組織類型(例如，心、肺、腦等)特異的特化活性類型。這些特化活性可以連續(xù)或間斷地進(jìn)行。必須維持這些共同的以及組織特異性活性的混合的細(xì)胞必須在任何給定時間都非常熟練地調(diào)節(jié)有活性的子系統(tǒng)集，以及非常熟練地使用可獲得的有關(guān)內(nèi)部和外部條件的信息來決定需要子系統(tǒng)活性種類的哪種改變。還有，在復(fù)雜的人造系統(tǒng)和生物系統(tǒng)之間存在驚人的相似。正如用于多種目的的人造裝置可以用非常少數(shù)的元件制造，使組合的成分相互作用來以可選的方式起作用一樣，細(xì)胞僅僅通過改變細(xì)胞中存在的相互作用的成分的組合來產(chǎn)生多種功能。

本質(zhì)上，所有生物學(xué)領(lǐng)域——其中有用的是，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞系統(tǒng)以這樣的方式來改變它們的功能，所述方式能夠或提高子系統(tǒng)處理，允許系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下運(yùn)行或減少疾病或寄生病——將獲益于對設(shè)計(jì)、表征和控制復(fù)雜人造系統(tǒng)的工程師而言可利用的工具的生物學(xué)類似物。

對使細(xì)胞完成生命所必需的多種相關(guān)功能的細(xì)胞組分之間復(fù)雜相互作用的研究通常稱為“系統(tǒng)生物學(xué)”。這是非常寬的術(shù)語，其涵蓋非常多樣化的主題和研究目的。將該領(lǐng)域細(xì)分的一種方式是，考慮被研究的細(xì)胞系統(tǒng)中的水平、對研究所述水平在數(shù)據(jù)方面的要求、以及這些研究通常的目標(biāo)種類。

系統(tǒng)生物學(xué)方法已經(jīng)用于研究代謝。這些方法要求非常詳細(xì)的下列知識：詳細(xì)說明催化酶的基因、這些基因的序列、催化反應(yīng)的小分子輸入物和排出物的生物化學(xué)特征、已知的轉(zhuǎn)化速率和典型的代謝物水平、以及調(diào)節(jié)或細(xì)胞內(nèi)定位相互作用的知識，所述知識已經(jīng)被獲得以產(chǎn)生在其中檢查生物中的新陳代謝的框架(構(gòu)架)，其中這種知識水平還沒有發(fā)展形成。使用這些信息，可能模擬具有測序基因組的生物的可能的代謝網(wǎng)絡(luò)，推斷其它生物的代謝網(wǎng)絡(luò)在新的生物上的功能和關(guān)系。盡管是非常有效的分析形式，但是對這些不同種類的如此詳細(xì)的信息的要求嚴(yán)重限制了這種方法的應(yīng)用。相當(dāng)大小的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的其它組分沒有被表征到這種程度，這限制了這種方法對涉及新陳代謝問題的研究。

第二個研究領(lǐng)域——其對所需的數(shù)據(jù)類型的多樣性和對測量的定量精確性有較少的苛刻要求——是多細(xì)胞生物從它們的單細(xì)胞起源如卵發(fā)育的領(lǐng)域。相對于新陳代謝，該研究領(lǐng)域具有的優(yōu)勢是逐步的過程，具有可鑒定的中間體和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展。取決于被研究的生物的復(fù)雜性，在進(jìn)行每個具體步驟所需要的功能方面，可能很少有相當(dāng)可觀的的冗余，并且基因可以在不同的組織中具有不同的作用，這使其成為更具挑戰(zhàn)性的分析。在目前的階段，這項(xiàng)工作的大部分集中在非常大的挑戰(zhàn)，所述挑戰(zhàn)簡單地理解是什么分子過程涉及具體說明描繪的過程、空間定位和獲得各種組織和身體部分的特化特征。

其它方法集中于基因表達(dá)的控制，著眼于每個基因啟動子中的序列元件，以及與這些元件相互作用來允許或禁止基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。進(jìn)一步詳述顯示基因啟動子合理的開關(guān)樣特性的工作，許多課題組已經(jīng)對如何修飾啟動子各種元件改變具體基因的轉(zhuǎn)錄特性進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，完美地描述了這些元件串聯(lián)如何使轉(zhuǎn)錄因子在特定的時間和位置出現(xiàn)在胚胎中，以詳細(xì)說明攜帶這些元件的基因中的特定轉(zhuǎn)錄程序。如在代謝的情況下，這種系統(tǒng)研究包括實(shí)驗(yàn)的巨大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以獲得啟動子元件和與啟動子元件相互作用的轉(zhuǎn)錄因子的知識。一旦可以得到這種知識，可以建立預(yù)測網(wǎng)絡(luò)上的具體擾動會如何影響網(wǎng)絡(luò)功能的模型。這種預(yù)測的精確性受關(guān)于功能的重疊和冗余以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中的其它代償機(jī)制的信息有多完備的嚴(yán)重影響。

發(fā)明概述

本發(fā)明描述了在活細(xì)胞上實(shí)施實(shí)驗(yàn)、測量轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過程和分析產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的方法。該方法對于通過將生物通路分析與控制理論工程和數(shù)學(xué)分割分析結(jié)合來執(zhí)行細(xì)胞基因組調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)活性中的程序性改變時，通過細(xì)胞基因組調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來收集關(guān)于信息流的數(shù)據(jù)是有用的。該方法還可以通過觀察細(xì)胞當(dāng)調(diào)節(jié)細(xì)胞過程活性時所做的決定，來收集細(xì)胞中信息處理的結(jié)果數(shù)據(jù)。