Implementation of FLEA-ChIP-Seq technology at single-cell level for the study of protein-DNA interactions (Q3216417): Difference between revisions
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Implementazione della tecnologia FLEA-ChIP-Seq a livello monocellulare per lo studio delle interazioni proteina-DNA | |||||||||||||||
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Gli organismi sono costituiti da milioni di cellule che condividono lo stesso contenuto genetico ma che, tuttavia, hanno caratteristiche distintive e svolgono funzioni molto diverse. Questo accade perché ogni tipo di cellula esprime una raccolta specifica di geni che lo caratterizza e lo distingue da altri tipi di cellule. Tale scenario è possibile grazie a meccanismi epigenetici che regolano attentamente l'espressione genica. Di conseguenza, le popolazioni cellulari hanno anche identità epigenetiche diverse tra di loro. In questo contesto, lo studio di questi profili epigenetici è essenziale per comprendere la regolazione dei geni nelle popolazioni cellulari normali e aberranti, poiché la deregolazione di questi meccanismi è fortemente associata a malattie multiple come il cancro, i disturbi neurologici e le patologie immunologiche._x000D_ Grazie al crescente sviluppo delle tecnologie di sequenziamento di massa, la possibilità di condurre studi genomici a livello di cellule isolate (di una singola cellula o "single-cellule") è diventata una realtà negli ultimi anni. La caratterizzazione dell'epigenoma a livello cellulare ci fornisce ulteriori informazioni, come lo stato di differenziazione di ogni cellula, la sua origine e i lignaggi clonali che ne derivano._x000D_ L'immunoprecipitazione cromatina (ChIP) è la tecnica scelta dalla maggior parte dei laboratori per studiare le interazioni DNA-proteine. Tuttavia, attualmente non esiste alcuna tecnologia sul mercato che sia efficiente, affidabile e facile da implementare per eseguire esperimenti ChIP-Seq a livello cellulare. Finora, solo uno studio, pubblicato nel 2015, ha proposto un metodo per effettuare tale prova; successivamente, nessun altro lavoro è stato riportato utilizzando la stessa tecnologia e non è stata sviluppata alcuna applicazione commerciale, indicando che l'implementazione della tecnica non è banale. Nel nostro gruppo, abbiamo sviluppato un metodo innovativo, chiamato FLEA-ChIP, per identificare le interazioni DNA-proteine a livello genomico con poco materiale (fino a 100 cellule). Questa tecnica permette di caratterizzare, in modo altamente specifico e riproducibile, il profilo epigenetico di diverse popolazioni o tipi di cellule, ed è particolarmente indicato per il lavoro con rari e difficili da ottenere campioni, sia da cellule coltivate che da tessuti._x000D_ L'obiettivo principale di questo progetto è quello di implementare la tecnologia FLEA-ChIP per l'analisi di interazione DNA-proteina a livello cellulare, sviluppando un nuovo e innovativo protocollo sia per le cellule coltivate che per le cellule da tessuti disaggregati. A tal fine, proponiamo, da un lato, di adattare il protocollo FLEA-ChIP alle celle isolate e, dall'altro, di incorporare tecnologie basate su goccioline (noti anche come sistemi microfluidi) per aumentare l'efficienza e consentire l'automazione della tecnica. Saranno studiate diverse strategie per la frammentazione della cromatina e il legame degli adattatori e, in ultima analisi, saranno valutati diversi sistemi microfluidi per garantire l'ottimizzazione della tecnica, nonché per facilitare la futura commercializzazione della tecnica._x000D_ Crediamo che il FLEA-ChIP monocellulare rappresenterà una tecnologia all'avanguardia nel campo epigenetico, in quanto consentirà a una singola cellula di analizzare con risoluzione l'epigenoma di popolazioni cellulari specifiche. Questi tipi di studi sono fondamentali per comprendere i meccanismi trascrizionali specifici delle popolazioni rare, ad esempio le cellule staminali tumorali, in quanto permetteranno di tracciare i lignaggi clonali di queste cellule per caratterizzare in dettaglio la memoria cellulare e la regolazione genica durante lo sviluppo del tumore. In futuro, ci auguriamo che questa tecnologia, insieme ad altre tecniche, raggiunga il sistema sanitario, dove rappresenterà un progresso fondamentale nell'attuazione della medicina personalizzata. Ci auguriamo che il metodo FLEA-ChIP monocellulare diventi il protocollo di riferimento per lo svolgimento di esperimenti a singola cellula ChIP nella comunità scientifica, occupando il gap tecnologico che esiste oggi per questa metodologia nel mercato. (Italian) | |||||||||||||||
| Property / summary: Gli organismi sono costituiti da milioni di cellule che condividono lo stesso contenuto genetico ma che, tuttavia, hanno caratteristiche distintive e svolgono funzioni molto diverse. Questo accade perché ogni tipo di cellula esprime una raccolta specifica di geni che lo caratterizza e lo distingue da altri tipi di cellule. Tale scenario è possibile grazie a meccanismi epigenetici che regolano attentamente l'espressione genica. Di conseguenza, le popolazioni cellulari hanno anche identità epigenetiche diverse tra di loro. In questo contesto, lo studio di questi profili epigenetici è essenziale per comprendere la regolazione dei geni nelle popolazioni cellulari normali e aberranti, poiché la deregolazione di questi meccanismi è fortemente associata a malattie multiple come il cancro, i disturbi neurologici e le patologie immunologiche._x000D_ Grazie al crescente sviluppo delle tecnologie di sequenziamento di massa, la possibilità di condurre studi genomici a livello di cellule isolate (di una singola cellula o "single-cellule") è diventata una realtà negli ultimi anni. La caratterizzazione dell'epigenoma a livello cellulare ci fornisce ulteriori informazioni, come lo stato di differenziazione di ogni cellula, la sua origine e i lignaggi clonali che ne derivano._x000D_ L'immunoprecipitazione cromatina (ChIP) è la tecnica scelta dalla maggior parte dei laboratori per studiare le interazioni DNA-proteine. Tuttavia, attualmente non esiste alcuna tecnologia sul mercato che sia efficiente, affidabile e facile da implementare per eseguire esperimenti ChIP-Seq a livello cellulare. Finora, solo uno studio, pubblicato nel 2015, ha proposto un metodo per effettuare tale prova; successivamente, nessun altro lavoro è stato riportato utilizzando la stessa tecnologia e non è stata sviluppata alcuna applicazione commerciale, indicando che l'implementazione della tecnica non è banale. Nel nostro gruppo, abbiamo sviluppato un metodo innovativo, chiamato FLEA-ChIP, per identificare le interazioni DNA-proteine a livello genomico con poco materiale (fino a 100 cellule). Questa tecnica permette di caratterizzare, in modo altamente specifico e riproducibile, il profilo epigenetico di diverse popolazioni o tipi di cellule, ed è particolarmente indicato per il lavoro con rari e difficili da ottenere campioni, sia da cellule coltivate che da tessuti._x000D_ L'obiettivo principale di questo progetto è quello di implementare la tecnologia FLEA-ChIP per l'analisi di interazione DNA-proteina a livello cellulare, sviluppando un nuovo e innovativo protocollo sia per le cellule coltivate che per le cellule da tessuti disaggregati. A tal fine, proponiamo, da un lato, di adattare il protocollo FLEA-ChIP alle celle isolate e, dall'altro, di incorporare tecnologie basate su goccioline (noti anche come sistemi microfluidi) per aumentare l'efficienza e consentire l'automazione della tecnica. Saranno studiate diverse strategie per la frammentazione della cromatina e il legame degli adattatori e, in ultima analisi, saranno valutati diversi sistemi microfluidi per garantire l'ottimizzazione della tecnica, nonché per facilitare la futura commercializzazione della tecnica._x000D_ Crediamo che il FLEA-ChIP monocellulare rappresenterà una tecnologia all'avanguardia nel campo epigenetico, in quanto consentirà a una singola cellula di analizzare con risoluzione l'epigenoma di popolazioni cellulari specifiche. Questi tipi di studi sono fondamentali per comprendere i meccanismi trascrizionali specifici delle popolazioni rare, ad esempio le cellule staminali tumorali, in quanto permetteranno di tracciare i lignaggi clonali di queste cellule per caratterizzare in dettaglio la memoria cellulare e la regolazione genica durante lo sviluppo del tumore. In futuro, ci auguriamo che questa tecnologia, insieme ad altre tecniche, raggiunga il sistema sanitario, dove rappresenterà un progresso fondamentale nell'attuazione della medicina personalizzata. Ci auguriamo che il metodo FLEA-ChIP monocellulare diventi il protocollo di riferimento per lo svolgimento di esperimenti a singola cellula ChIP nella comunità scientifica, occupando il gap tecnologico che esiste oggi per questa metodologia nel mercato. (Italian) / rank | |||||||||||||||
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| Property / summary: Gli organismi sono costituiti da milioni di cellule che condividono lo stesso contenuto genetico ma che, tuttavia, hanno caratteristiche distintive e svolgono funzioni molto diverse. Questo accade perché ogni tipo di cellula esprime una raccolta specifica di geni che lo caratterizza e lo distingue da altri tipi di cellule. Tale scenario è possibile grazie a meccanismi epigenetici che regolano attentamente l'espressione genica. Di conseguenza, le popolazioni cellulari hanno anche identità epigenetiche diverse tra di loro. In questo contesto, lo studio di questi profili epigenetici è essenziale per comprendere la regolazione dei geni nelle popolazioni cellulari normali e aberranti, poiché la deregolazione di questi meccanismi è fortemente associata a malattie multiple come il cancro, i disturbi neurologici e le patologie immunologiche._x000D_ Grazie al crescente sviluppo delle tecnologie di sequenziamento di massa, la possibilità di condurre studi genomici a livello di cellule isolate (di una singola cellula o "single-cellule") è diventata una realtà negli ultimi anni. La caratterizzazione dell'epigenoma a livello cellulare ci fornisce ulteriori informazioni, come lo stato di differenziazione di ogni cellula, la sua origine e i lignaggi clonali che ne derivano._x000D_ L'immunoprecipitazione cromatina (ChIP) è la tecnica scelta dalla maggior parte dei laboratori per studiare le interazioni DNA-proteine. Tuttavia, attualmente non esiste alcuna tecnologia sul mercato che sia efficiente, affidabile e facile da implementare per eseguire esperimenti ChIP-Seq a livello cellulare. Finora, solo uno studio, pubblicato nel 2015, ha proposto un metodo per effettuare tale prova; successivamente, nessun altro lavoro è stato riportato utilizzando la stessa tecnologia e non è stata sviluppata alcuna applicazione commerciale, indicando che l'implementazione della tecnica non è banale. Nel nostro gruppo, abbiamo sviluppato un metodo innovativo, chiamato FLEA-ChIP, per identificare le interazioni DNA-proteine a livello genomico con poco materiale (fino a 100 cellule). Questa tecnica permette di caratterizzare, in modo altamente specifico e riproducibile, il profilo epigenetico di diverse popolazioni o tipi di cellule, ed è particolarmente indicato per il lavoro con rari e difficili da ottenere campioni, sia da cellule coltivate che da tessuti._x000D_ L'obiettivo principale di questo progetto è quello di implementare la tecnologia FLEA-ChIP per l'analisi di interazione DNA-proteina a livello cellulare, sviluppando un nuovo e innovativo protocollo sia per le cellule coltivate che per le cellule da tessuti disaggregati. A tal fine, proponiamo, da un lato, di adattare il protocollo FLEA-ChIP alle celle isolate e, dall'altro, di incorporare tecnologie basate su goccioline (noti anche come sistemi microfluidi) per aumentare l'efficienza e consentire l'automazione della tecnica. Saranno studiate diverse strategie per la frammentazione della cromatina e il legame degli adattatori e, in ultima analisi, saranno valutati diversi sistemi microfluidi per garantire l'ottimizzazione della tecnica, nonché per facilitare la futura commercializzazione della tecnica._x000D_ Crediamo che il FLEA-ChIP monocellulare rappresenterà una tecnologia all'avanguardia nel campo epigenetico, in quanto consentirà a una singola cellula di analizzare con risoluzione l'epigenoma di popolazioni cellulari specifiche. Questi tipi di studi sono fondamentali per comprendere i meccanismi trascrizionali specifici delle popolazioni rare, ad esempio le cellule staminali tumorali, in quanto permetteranno di tracciare i lignaggi clonali di queste cellule per caratterizzare in dettaglio la memoria cellulare e la regolazione genica durante lo sviluppo del tumore. In futuro, ci auguriamo che questa tecnologia, insieme ad altre tecniche, raggiunga il sistema sanitario, dove rappresenterà un progresso fondamentale nell'attuazione della medicina personalizzata. Ci auguriamo che il metodo FLEA-ChIP monocellulare diventi il protocollo di riferimento per lo svolgimento di esperimenti a singola cellula ChIP nella comunità scientifica, occupando il gap tecnologico che esiste oggi per questa metodologia nel mercato. (Italian) / qualifier | |||||||||||||||
point in time: 16 January 2022
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Revision as of 18:28, 16 January 2022
Project Q3216417 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | Implementation of FLEA-ChIP-Seq technology at single-cell level for the study of protein-DNA interactions |
Project Q3216417 in Spain |
Statements
10,000.0 Euro
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20,000.0 Euro
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50.0 percent
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1 March 2020
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1 December 2020
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CENTRO DE REGULACION GENOMICA
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41°22'58.40"N, 2°10'38.75"E
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08019
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Los organismos están formados por millones de células que comparten el mismo contenido genético pero que, sin embargo, tienen características distintivas y realizan funciones muy diversas. Esto sucede porque cada tipo de célula expresa una colección específica de genes que la caracteriza y la distingue de otros tipos celulares. Tal escenario es posible gracias a los mecanismos epigenéticos que regulan de manera minuciosa la expresión génica. Como consecuencia, las poblaciones celulares también presentan identidades epigenéticas diferenciadas entre ellas. En este contexto, el estudio de estos perfiles epigenéticos resulta esencial para comprender la regulación de genes en poblaciones celulares normales y aberrantes, dado que la desregulación de estos mecanismos se encuentra fuertemente asociada a múltiples enfermedades como el cáncer, trastornos neurológicos y patologías inmunológicas._x000D_ Gracias al creciente desarrollo de las tecnologías de secuenciación masiva, la posibilidad de realizar estudios genómicos a nivel de células aisladas (de una sola célula o ¿single-cell¿) se ha convertido en una realidad en los últimos años. La caracterización del epigenoma a nivel ¿single cell¿ nos proporciona información adicional, como el estado de diferenciación de cada célula, su origen y los linajes clonales que se derivan de ella._x000D_ La inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) es la técnica elegida por la mayoría de los laboratorios para estudiar las interacciones ADN-proteína. Sin embargo, actualmente no existe ninguna tecnología en el mercado que resulte eficiente, fiable y fácil de implementar para la realización de experimentos de ChIP-Seq a nivel ¿single cell¿. Hasta ahora, solamente un estudio, publicado en 2015, ha propuesto un método para la realización de dicho ensayo; posteriormente, no se ha reportado ningún otro trabajo usando la misma tecnología ni se ha desarrollado ninguna aplicación comercial, lo que indica que la implementación de la técnica no es trivial. En nuestro grupo, hemos desarrollado un método innovador, llamado FLEA-ChIP, para identificar interacciones ADN-proteína a nivel genómico con poco material (hasta 100 células). Esta técnica permite caracterizar, de forma altamente específica y de manera reproducible, el perfil epigenético de diferentes poblaciones o tipos celulares, y está especialmente indicada para trabajos con muestras raras y difíciles de obtener, ya sea de células en cultivo o de tejidos._x000D_ El objetivo principal de este proyecto es implementar la tecnología FLEA-ChIP para el análisis de interacciones ADN-proteína a nivel ¿single cell¿, desarrollando un protocolo nuevo e innovador tanto para células en cultivo como para células provenientes de tejidos desagregados. Para ello, proponemos, primero, adaptar el protocolo FLEA-ChIP a células aisladas y, segundo, incorporar tecnologías ¿droplet-based¿ (también conocidas como sistemas micro-fluidos) para aumentar la eficiencia y permitir la automatización de la técnica. Se investigarán diferentes estrategias para la fragmentación de la cromatina y la ligación de adaptadores y, en última instancia, se evaluarán diferentes sistemas de micro-fluidos para garantizar la optimización de la técnica, así como para facilitar la futura comercialización de la misma._x000D_ Creemos que el single-cell FLEA-ChIP representará una tecnología de vanguardia en el campo epigenético, ya que permitirá analizar con resolución de una sola célula el epigenoma de poblaciones celulares específicas. Este tipo de estudios son cruciales para comprender los mecanismos transcripcionales específicos de poblaciones raras, por ejemplo, células madre tumorales, ya que permitirán rastrear los linajes clonales de estas células para caracterizar en detalle la memoria celular y la regulación génica a lo largo del desarrollo tumoral. En un futuro, esperamos que esta tecnología, junto a otras técnicas ¿single-cell¿, alcancen el sistema sanitario, donde representarán un avance clave para la implementación de la medicina personalizada. Esperamos que el método single-cell FLEA-ChIP se convierta en el protocolo de referencia para la realización de experimentos de single-cell ChIP en la comunidad científica, ocupando la brecha tecnológica que existe hoy en día para esta metodología en el mercado. (Spanish)
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Organisms are formed by millions of cells that share the same genetic content but, nevertheless, present distinctive characteristics and perform very different functions. Namely, each cell type expresses a specific collection of genes that characterizes and distinguishes it from other cell types, due to the epigenetic mechanisms that tightly regulate gene expression. Thus, cell populations have differentiated epigenetic identities, this is, the pattern of epigenetic features that distinguishes them from the other cells. In this context, the study of these epigenetic landscape turns to be essential to understand gene regulation in healthy and disease populations, as deregulation of these regulatory mechanisms is tightly associated to important diseases like cancer, neurological disorders and immunologic pathologies. _x000D_ Thanks to the growing development of next-generation sequencing technologies, the challenge of performing genomic studies at the level of isolated cells (single-cell) has become a reality in the recent years. The characterization of the epigenome at the single-cell level will provide additional information, such as the differentiation status of each cell, its origin and the clonal lineages that derive from it._x000D_ Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is the technique chosen by most laboratories to study the particular epigenomic signature of tissues and cell types. However, no technologies exist up to date to efficiently, reliably and easily allow to perform ChIP-Seq experiments at single cell level. Up to present, just one study has been reported, in 2015, but no other work has been subsequently published nor commercial application launched in the market based on this technology, indicating that its implementation is not trivial. In our group, we have developed an innovative method, called FLEA-ChIP, to identify DNA-protein interactions at genome-wide level in ultra-low-input samples (down to 100 cells). This technique allows to characterize, in a highly specific and reproducible manner, the epigenetic state of different population or cell types, especially from rare and difficult-to-collect samples, either from cultured cells or tissues._x000D_ The main aim of the proposal is to push the limits of the FLEA-ChIP technology and implement it for the analysis of DNA-protein interactions at single-cell level, developing a novel and innovative protocol for both cultured cells and cells from disaggregated tissues. To do so, we propose, first, to adapt the FLEA-ChIP protocol to single-cell and, next, to incorporate it into droplet-based technologies (microfluidic systems), to increase efficiency and to allow for automation of the technique. Different strategies for chromatin fragmentation and adapter ligation and, ultimately, several microfluidics systems will be evaluated to ensure optimization of the technique, as well as to facilitate its future commercialization._x000D_ We envision single-cell FLEA-ChIP to become a cutting-edge technology in the epigenetic field, as it will allow for the analysis of the epigenome of particular cell populations from healthy and diseased tissues at single-cell resolution. Such kind of studies are crucial to understand gene regulatory mechanisms that are specific for rare and heterogeneous populations cells, such as tumor stem cells, as they will allow to track down the clonal linages to further characterize cell memory and transcriptional regulation along tumor progression. Eventually, this technology, altogether with other single-cell approaches, is expected to reach the healthcare system, where it will represent a key advance in personalized medicine implementation. We expect the FLEA-ChIP method to become the reference protocol for single-cell ChIP experiments among the research community, as well as to fill the technological gap existing for this methodology in the market. (English)
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Les organismes sont composés de millions de cellules qui partagent le même contenu génétique mais qui, cependant, ont des caractéristiques distinctives et remplissent des fonctions très diverses. Cela se produit parce que chaque type de cellule exprime une collection spécifique de gènes qui le caractérise et le distingue des autres types de cellules. Un tel scénario est possible grâce à des mécanismes épigénétiques qui régulent soigneusement l’expression des gènes. Par conséquent, les populations cellulaires ont également des identités épigénétiques différentes entre elles. Dans ce contexte, l’étude de ces profils épigénétiques est essentielle pour comprendre la régulation des gènes dans les populations cellulaires normales et aberrantes, puisque la déréglementation de ces mécanismes est fortement associée à de multiples maladies telles que le cancer, les troubles neurologiques et les pathologies immunologiques._x000D_ Grâce au développement croissant des technologies de séquençage de masse, la possibilité de mener des études génomiques au niveau des cellules isolées (d’une seule cellule ou «cellule unique») est devenue une réalité ces dernières années. La caractérisation de l’épigénome au niveau de la cellule nous fournit des informations supplémentaires, telles que l’état de différenciation de chaque cellule, son origine et les lignées clonales qui en dérivent._x000D_ L’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) est la technique choisie par la plupart des laboratoires pour étudier les interactions ADN-protéines. Cependant, il n’existe actuellement sur le marché aucune technologie efficace, fiable et facile à mettre en œuvre pour réaliser des expériences ChIP-Seq au niveau cellulaire. À ce jour, une seule étude, publiée en 2015, a proposé une méthode pour réaliser un tel test; par la suite, aucun autre travail n’a été signalé utilisant la même technologie et aucune application commerciale n’a été mise au point, ce qui indique que la mise en œuvre de la technique n’est pas banale. Dans notre groupe, nous avons développé une méthode innovante, appelée FLEA-ChIP, pour identifier les interactions ADN-protéines au niveau génomique avec peu de matériel (jusqu’à 100 cellules). Cette technique permet de caractériser, de manière hautement spécifique et reproductible, le profil épigénétique de différentes populations ou types de cellules, et est particulièrement adaptée au travail avec des échantillons rares et difficiles à obtenir, qu’il s’agisse de cellules ou de tissus cultivés._x000D_ L’objectif principal de ce projet est de mettre en œuvre la technologie FLEA-ChIP pour l’analyse des interactions ADN-protéines au niveau cellulaire, en développant un protocole nouveau et innovant pour les cellules cultivées et les cellules issues de tissus désaggrégés. À cette fin, nous proposons, d’une part, d’adapter le protocole FLEA-ChIP aux cellules isolées et, d’autre part, d’intégrer des technologies «à base de gouttelettes» (également appelées systèmes microfluides) afin d’accroître l’efficacité et de permettre l’automatisation de la technique. Différentes stratégies de fragmentation de la chromatine et de fixation de l’adaptateur seront étudiées et, en fin de compte, différents systèmes de micro-fluides seront évalués pour assurer l’optimisation de la technique, ainsi que pour faciliter la commercialisation future de la technique._x000D_ Nous croyons que le FLEA-ChIP monocellulaire représentera une technologie de pointe dans le domaine épigénétique, car il permettra à une seule cellule d’analyser avec résolution l’épigénome de populations cellulaires spécifiques. Ces types d’études sont cruciaux pour comprendre les mécanismes transcriptionnels spécifiques de populations rares, par exemple les cellules souches tumorales, car ils permettront de suivre les lignées clonales de ces cellules afin de caractériser en détail la mémoire cellulaire et la régulation des gènes tout au long du développement de la tumeur. À l’avenir, nous espérons que cette technologie, ainsi que d’autres techniques, arriveront au système de santé, où elles constitueront une avancée clé dans la mise en œuvre de la médecine personnalisée. Nous espérons que la méthode FLEA-ChIP monocellulaire deviendra le protocole de référence pour la conduite d’expériences ChIP monocellulaires dans la communauté scientifique, occupant le fossé technologique qui existe aujourd’hui pour cette méthodologie sur le marché. (French)
5 December 2021
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Organismen bestehen aus Millionen von Zellen, die denselben genetischen Inhalt haben, die jedoch unverwechselbare Eigenschaften aufweisen und sehr unterschiedliche Funktionen erfüllen. Dies geschieht, weil jeder Zelltyp eine spezifische Sammlung von Genen ausdrückt, die sie charakterisieren und von anderen Zelltypen unterscheiden. Ein solches Szenario ist dank epigenetischer Mechanismen möglich, die die Genexpression sorgfältig regulieren. Als Ergebnis haben Zellpopulationen auch unterschiedliche epigenetische Identitäten zwischen ihnen. In diesem Zusammenhang ist die Untersuchung dieser epigenetischen Profile unerlässlich, um die Regulation von Genen in normalen und aberranten Zellpopulationen zu verstehen, da die Deregulierung dieser Mechanismen stark mit multiplen Erkrankungen wie Krebs, neurologischen Störungen und immunologischen Pathologien verbunden ist._x000D_ Dank der zunehmenden Entwicklung von Massensequenzierungstechnologien ist die Möglichkeit, genomische Studien auf Ebene isolierter Zellen (eine einzige Zelle oder „Einzelzell“) durchzuführen, in den letzten Jahren Realität geworden. Epigenoma Charakterisierung auf Zellebene liefert uns zusätzliche Informationen, wie z. B. den Differenzierungszustand jeder Zelle, ihren Ursprung und die daraus abgeleiteten klonalen Linien._x000D_ Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) ist die von den meisten Labors gewählte Methode zur Untersuchung von DNA-Protein-Wechselwirkungen. Derzeit gibt es jedoch keine Technologie auf dem Markt, die effizient, zuverlässig und einfach umzusetzen ist, um ChIP-Seq-Experimente auf Zellebene durchzuführen. Bisher hat nur eine Studie, die 2015 veröffentlicht wurde, eine Methode zur Durchführung eines solchen Tests vorgeschlagen; anschließend wurden keine weiteren Arbeiten mit derselben Technologie gemeldet und es wurde keine kommerzielle Anwendung entwickelt, was darauf hindeutet, dass die Implementierung der Technik nicht trivial ist. In unserer Gruppe haben wir eine innovative Methode namens FLEA-ChIP entwickelt, um DNA-Protein-Interaktionen auf genomischer Ebene mit wenig Material (bis zu 100 Zellen) zu identifizieren. Diese Technik ermöglicht es, das epigenetische Profil unterschiedlicher Populationen oder Zelltypen auf sehr spezifische und reproduzierbare Weise zu charakterisieren und eignet sich besonders für die Arbeit mit seltenen und schwer zu erhaltenden Proben, sei es aus kultivierten Zellen oder Geweben._x000D_Das Hauptziel dieses Projekts ist die Umsetzung der FLEA-ChIP-Technologie für die DNA-Protein-Interaktionsanalyse auf Zellebene und die Entwicklung eines neuen und innovativen Protokolls sowohl für kultivierte Zellen als auch für Zellen aus disaggregierten Geweben. Zu diesem Zweck schlagen wir zum einen vor, das FLEA-ChIP-Protokoll an isolierte Zellen anzupassen und zweitens „dropletbasierte“ Technologien (auch als Mikrofluidsysteme bekannt) zu integrieren, um die Effizienz zu erhöhen und die Automatisierung der Technik zu ermöglichen. Verschiedene Strategien zur Fragmentierung von Chromatin und Adapterbindung werden untersucht und letztlich verschiedene Mikrofluidsysteme ausgewertet, um die Optimierung der Technik zu gewährleisten und die zukünftige Kommerzialisierung der Technik zu erleichtern._x000D_ Wir glauben, dass die einzellige FLEA-ChIP eine Spitzentechnologie im epigenetischen Bereich darstellen wird, da eine einzelne Zelle das Epigenom bestimmter Zellpopulationen mit Auflösung analysieren kann. Diese Arten von Studien sind entscheidend, um die spezifischen Transkriptionsmechanismen seltener Populationen, z. B. Tumorstammzellen, zu verstehen, da sie es ermöglichen, klonale Linien dieser Zellen zu verfolgen, um im Detail Zellgedächtnis und Genregulation während der Tumorentwicklung zu charakterisieren. In Zukunft hoffen wir, dass diese Technologie zusammen mit anderen Techniken das Gesundheitssystem erreichen wird, wo sie einen wichtigen Fortschritt bei der Umsetzung der personalisierten Medizin darstellen wird. Wir hoffen, dass die Single-cell FLEA-ChIP-Methode zum Referenzprotokoll für die Durchführung von Einzelzell-ChIP-Experimenten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft wird, wobei die technologische Lücke besteht, die heute für diese Methode auf dem Markt besteht. (German)
10 December 2021
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Organismen bestaan uit miljoenen cellen die dezelfde genetische inhoud delen, maar die echter onderscheidende kenmerken hebben en zeer uiteenlopende functies vervullen. Dit gebeurt omdat elk celtype een specifieke verzameling genen uitdrukt die het karakteriseert en het onderscheidt van andere celtypen. Zo’n scenario is mogelijk dankzij epigenetische mechanismen die genexpressie zorgvuldig reguleren. Als gevolg daarvan, celpopulaties hebben ook verschillende epigenetische identiteiten tussen hen. In deze context is de studie van deze epigenetische profielen essentieel om de regulering van genen in normale en afwijkende celpopulaties te begrijpen, aangezien de deregulering van deze mechanismen sterk geassocieerd is met meerdere ziekten zoals kanker, neurologische aandoeningen en immunologische pathologieën._x000D_ Dankzij de toenemende ontwikkeling van massa-sequencingtechnologieën is de mogelijkheid om genomische studies uit te voeren op het niveau van geïsoleerde cellen (van een enkele cel of „enkelcellig”) de afgelopen jaren werkelijkheid geworden. Epigenoma karakterisering op het niveau van de cel geeft ons wel extra informatie, zoals de staat van differentiatie van elke cel, zijn oorsprong en de daaruit afgeleide klonale lineages._x000D_ Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is de techniek die door de meeste laboratoria is gekozen om DNA-eiwitinteracties te bestuderen. Er is momenteel echter geen technologie op de markt die efficiënt, betrouwbaar en gemakkelijk te implementeren is voor het uitvoeren van ChIP-Seq-experimenten op celniveau. Tot dusver heeft slechts één in 2015 gepubliceerde studie een methode voorgesteld om een dergelijke test uit te voeren; vervolgens is er geen ander werk gemeld met dezelfde technologie en is er geen commerciële toepassing ontwikkeld, wat erop wijst dat de toepassing van de techniek niet onbeduidend is. In onze groep hebben we een innovatieve methode ontwikkeld, genaamd FLEA-ChIP, om DNA-eiwitinteracties op genomisch niveau te identificeren met weinig materiaal (tot 100 cellen). Deze techniek maakt het mogelijk om, op een zeer specifieke en reproduceerbare manier, het epigenetische profiel van verschillende populaties of celtypen te karakteriseren en is vooral geschikt voor het werken met zeldzame en moeilijk te verkrijgen monsters, hetzij van gekweekte cellen of weefsels._x000D_ Het hoofddoel van dit project is FLEA-ChIP-technologie voor DNA-eiwitinteractieanalyse op celniveau te implementeren, en een nieuw en innovatief protocol voor zowel gekweekte cellen als cellen uit gedesaggregeerde weefsels te ontwikkelen. Daartoe stellen we ten eerste voor om het FLEA-ChIP-protocol aan te passen aan geïsoleerde cellen en ten tweede om „droplet-based” technologieën (ook bekend als microvloeistofsystemen) te integreren om de efficiëntie te verhogen en de automatisering van de techniek mogelijk te maken. Verschillende strategieën voor chromatinefragmentatie en adapterbinding zullen worden onderzocht en uiteindelijk zullen verschillende microvloeibare systemen worden geëvalueerd om de optimalisatie van de techniek te waarborgen, evenals om de toekomstige commercialisering van de techniek te vergemakkelijken._x000D_ Wij geloven dat de eencellige FLEA-ChIP een geavanceerde technologie in het epigenetische gebied zal vertegenwoordigen, omdat het een enkele cel in staat zal stellen om het epigenoom van specifieke celpopulaties te analyseren met resolutie. Deze soorten studies zijn cruciaal om de specifieke transcriptionele mechanismen van zeldzame populaties te begrijpen, b.v. tumorstamcellen, aangezien zij zullen toestaan om klonaallijnen van deze cellen te volgen om in detail celgeheugen en genregulering gedurende tumorontwikkeling te karakteriseren. In de toekomst hopen we dat deze technologie, samen met andere technieken, het gezondheidszorgsysteem zal bereiken, waar ze een belangrijke vooruitgang zullen betekenen in de implementatie van gepersonaliseerde geneeskunde. Wij hopen dat de eencellige FLEA-ChIP-methode het referentieprotocol zal worden voor het uitvoeren van eencellige ChIP-experimenten in de wetenschappelijke gemeenschap, waarbij de technologische kloof die vandaag bestaat voor deze methodologie in de markt wordt ingenomen. (Dutch)
17 December 2021
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Gli organismi sono costituiti da milioni di cellule che condividono lo stesso contenuto genetico ma che, tuttavia, hanno caratteristiche distintive e svolgono funzioni molto diverse. Questo accade perché ogni tipo di cellula esprime una raccolta specifica di geni che lo caratterizza e lo distingue da altri tipi di cellule. Tale scenario è possibile grazie a meccanismi epigenetici che regolano attentamente l'espressione genica. Di conseguenza, le popolazioni cellulari hanno anche identità epigenetiche diverse tra di loro. In questo contesto, lo studio di questi profili epigenetici è essenziale per comprendere la regolazione dei geni nelle popolazioni cellulari normali e aberranti, poiché la deregolazione di questi meccanismi è fortemente associata a malattie multiple come il cancro, i disturbi neurologici e le patologie immunologiche._x000D_ Grazie al crescente sviluppo delle tecnologie di sequenziamento di massa, la possibilità di condurre studi genomici a livello di cellule isolate (di una singola cellula o "single-cellule") è diventata una realtà negli ultimi anni. La caratterizzazione dell'epigenoma a livello cellulare ci fornisce ulteriori informazioni, come lo stato di differenziazione di ogni cellula, la sua origine e i lignaggi clonali che ne derivano._x000D_ L'immunoprecipitazione cromatina (ChIP) è la tecnica scelta dalla maggior parte dei laboratori per studiare le interazioni DNA-proteine. Tuttavia, attualmente non esiste alcuna tecnologia sul mercato che sia efficiente, affidabile e facile da implementare per eseguire esperimenti ChIP-Seq a livello cellulare. Finora, solo uno studio, pubblicato nel 2015, ha proposto un metodo per effettuare tale prova; successivamente, nessun altro lavoro è stato riportato utilizzando la stessa tecnologia e non è stata sviluppata alcuna applicazione commerciale, indicando che l'implementazione della tecnica non è banale. Nel nostro gruppo, abbiamo sviluppato un metodo innovativo, chiamato FLEA-ChIP, per identificare le interazioni DNA-proteine a livello genomico con poco materiale (fino a 100 cellule). Questa tecnica permette di caratterizzare, in modo altamente specifico e riproducibile, il profilo epigenetico di diverse popolazioni o tipi di cellule, ed è particolarmente indicato per il lavoro con rari e difficili da ottenere campioni, sia da cellule coltivate che da tessuti._x000D_ L'obiettivo principale di questo progetto è quello di implementare la tecnologia FLEA-ChIP per l'analisi di interazione DNA-proteina a livello cellulare, sviluppando un nuovo e innovativo protocollo sia per le cellule coltivate che per le cellule da tessuti disaggregati. A tal fine, proponiamo, da un lato, di adattare il protocollo FLEA-ChIP alle celle isolate e, dall'altro, di incorporare tecnologie basate su goccioline (noti anche come sistemi microfluidi) per aumentare l'efficienza e consentire l'automazione della tecnica. Saranno studiate diverse strategie per la frammentazione della cromatina e il legame degli adattatori e, in ultima analisi, saranno valutati diversi sistemi microfluidi per garantire l'ottimizzazione della tecnica, nonché per facilitare la futura commercializzazione della tecnica._x000D_ Crediamo che il FLEA-ChIP monocellulare rappresenterà una tecnologia all'avanguardia nel campo epigenetico, in quanto consentirà a una singola cellula di analizzare con risoluzione l'epigenoma di popolazioni cellulari specifiche. Questi tipi di studi sono fondamentali per comprendere i meccanismi trascrizionali specifici delle popolazioni rare, ad esempio le cellule staminali tumorali, in quanto permetteranno di tracciare i lignaggi clonali di queste cellule per caratterizzare in dettaglio la memoria cellulare e la regolazione genica durante lo sviluppo del tumore. In futuro, ci auguriamo che questa tecnologia, insieme ad altre tecniche, raggiunga il sistema sanitario, dove rappresenterà un progresso fondamentale nell'attuazione della medicina personalizzata. Ci auguriamo che il metodo FLEA-ChIP monocellulare diventi il protocollo di riferimento per lo svolgimento di esperimenti a singola cellula ChIP nella comunità scientifica, occupando il gap tecnologico che esiste oggi per questa metodologia nel mercato. (Italian)
16 January 2022
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Barcelona
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IU68-016730
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