Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi

SOMEL, Mehmet

Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi

Yürütücü

Mehmet SOMEL (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Ankara, Türkiye)

1 3

Proje Grubu: KBAG Sayfa Sayısı: 55 Proje No: 215Z495 Proje Bitiş Tarihi: 01.12.2018 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 15-01-2020

Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi

Öz:

Alzheimer Hastalığı (AH) genetik, çevresel ve rastgele etmenlere bağlı olarak gelişen karmaşık ve ölümcül bir hastalıktır. AH'nin sebepleri ve gelişim süreci halen çok sınırlı ölçüde anlaşılmıştır. Geçtiğimiz onyıllarda geleneksel sitometri ve FISH gibi yöntemler kullanan çalışmalar, AH vakaları ve sağlıklı kontrol bireyleri karşılaştırmış, AH vakalarının nöronlarında anlamlı ölçüde yüksek seviyede anöploidi ve megabaz büyüklüğünde kopya sayısı varyasyonu (KSV) bulmuştur. Ancak bu yöntemlerin teknik gürültüye açık olması sonuçların güvenirliğini sınırlamıştır. Bu çalışmanın amacı da AH vakalarında somatik KSV yükünün rolü olabileceği hipotezini, tekil hücre tüm genom dizilemesi yöntemi kullanarak test etmektir. Ayrıca bilgimiz dahilinde ilk defa bu çalışmada genom dizileme işlemi için nöron çekirdeklerini toplarken, özgün hücrelerin seçilmesine izin veren lazerle kesme ve yakalama (LCM) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmamız kapsamında 10 AH vakası ile aynı yaş aralığında ve sağlıklı 7 kontrol bireyin temporal korteks ve hipokampüs örneklerinden elde edilen nöronal çekirdeklerden, iki farklı yöntemle toplam 1190 kütüphane oluşturulmuş ve düşük seviyede Illumina platformunda dizilenmiştir. Bunlar arasından 472 hücreye ait veriler kalite ve gürültü filtrelerini geçebilmiştir. Analizimizin sonuçları, literatürde son yıllarda yayımlanan benzer verilerle de beraber değerlendirilerek, birkaç başlıkta özetlenebilir: Birincisi, megabaz uzunluğunda somatik KSV'ler insan beyin nöronları arasında %10 veya daha düşük orandadır. Tüm kromozom anöploidiler ise %2 veya daha düşük oranda görülmektedir. İkincisi, yakın zamanlı benzer bir çalışmayla paralel olarak, AH ve kontrol bireyleri arasında anlamlı bir fark bulunmamaktadır. Teknik açıdan ise, çekirdekleri ayrıştırma işleminde LCM, FACS'a göre anlamlı ölçüde daha gürültülü bir yöntemdir. Ayrıca teknik gürültü tekil genom analizinde de (muhtelemen dizileme derinliğinden bağımsız olarak) ciddi bir sorundur. Tekil nöronların genom varyasyonunun ve somatik çeşitliliğin AH'de rolünün incelenmesini hedefleyen gelecek çalışmalar, gürültüyü minimize eden yöntemlerle makro değil mikro mutasyonları incelemeyi hedefleyebilir.

Anahtar Kelime: kopya sayısı varyasyonu anöploidi tekil hücre genom dizileme Alzheimer lazerle kesme yakalama

Konular: Biyoloji Nörolojik Bilimler Hücre Biyolojisi

Erişim Türü: Erişime Açık

Andriani, G. A., Vijg, J., Montagna, C. 2017. "Mechanisms and consequences of aneuploidy and chromosome instability in the aging brain". Mechanisms of Ageing and Development, 161(Pt A), 19-36.
ingle-cell whole genome sequencing of neurons from elderly individuals and Alzheimer?s Disease patients: A meta-analysis (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
Arendt, T., Brückner, M. K., Mosch, B., Lösche, A. 2010. "Selective Cell Death of Hyperploid Neurons in Alzheimer’s Disease". The American Journal of Pathology, 177(1), 15-20.
A molecular test of the mutation accumulation theory of aging (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
Arendt, T., Holzer, M., Stöbe, A., Gärtner, U., Lüth, H.-J., Brückner, M. K., Ueberham, U. 2000. "Activated Mitogenic Signaling Induces a Process of Dedifferentiation in Alzheimer’s Disease That Eventually Results in Cell Death". Annals of the New York Academy of Sciences, 920(1), 249-255.
Analysis of structural genomic variation among neurons using single cell whole genome sequencing: results from a pilot study (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
Arslantaş, D., Ozbabalik, D., Metintaş, S., Ozkan, S., Kalyoncu, C., Ozdemir, G., Arslantas, A. 2009. "Prevalence of dementia and associated risk factors in Middle Anatolia, Turkey". Journal of Clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia, 16(11), 1455-1459.
Transcriptomic Network Analysis of Brain Aging and Alzheimer?s Disease (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
Babraham Bioinformatics - FastQC A Quality Control tool for High Throughput Sequence Data. https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/. Erişim 1 Ocak 2017.
Ballard, C., Gauthier, S., Corbett, A., Brayne, C., Aarsland, D., Jones, E. 2011. "Alzheimer’s disease". Lancet (London, England), 377(9770), 1019-1031.
Barber, R. C. 2012. "The Genetics of Alzheimer’s Disease" Scientifica (Cairo). 2012;2012:246210.
Baslan, T., Kendall, J., Rodgers, L., Cox, H., Riggs, M., Stepansky, A., Hicks, J. 2012. "Genome wide copy number analysis of single cells". Nature Protocols, 7(6), 1024-1041.
Bishop, N. A., Lu, T., Yankner, B. A. 2010. "Neural mechanisms of ageing and cognitive decline". Nature, 464(7288), 529-535.
Bolger, A. M., Lohse, M., Usadel, B. 2014. "Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data". Bioinformatics, 30(15), 2114-2120.
Bushman, D. M., Kaeser, G. E., Siddoway, B., Westra, J. W., Rivera, R. R., Rehen, S. K., Chun, J. 2015. "Genomic mosaicism with increased amyloid precursor protein (APP) gene copy number in single neurons from sporadic Alzheimer’s disease brains". eLife, 4, e05116.
Cai, X., Evrony, G. D., Lehmann, H. S., Elhosary, P. C., Mehta, B. K., Poduri, A., Walsh, C. A. 2014. "Single-cell, genome-wide sequencing identifies clonal somatic copy-number variation in the human brain". Cell Reports, 8(5), 1280-1289.
Faggioli, F., Wang, T., Vijg, J., Montagna, C. 2012. "Chromosome-specific accumulation of aneuploidy in the aging mouse brain". Human Molecular Genetics, 21(24), 5246-5253.
Fischer, H.-G., Morawski, M., Brückner, M. K., Mittag, A., Tarnok, A., Arendt, T. 2012. "Changes in neuronal DNA content variation in the human brain during aging". Aging Cell, 11(4), 628-633.
Fournier, D. A., Skaug, H. J., Ancheta, J., Ianelli, J., Magnusson, A., Maunder, M. N., Sibert, J. 2012. "AD Model Builder: using automatic differentiation for statistical inference of highly parameterized complex nonlinear models". Optimization Methods and Software, 27(2), 233- 249.
Garvin, T., Aboukhalil, R., Kendall, J., Baslan, T., Atwal, G. S., Hicks, J., Schatz, M. C. 2015. "Interactive analysis and assessment of single-cell copy-number variations". Nature methods, 12(11), 1058-1060.
Gurvit, H., Emre, M., Tinaz, S., Bilgic, B., Hanagasi, H., Sahin, H., Harmanci, H. 2008. "The prevalence of dementia in an urban Turkish population". American Journal of Alzheimer’s Disease and Other Dementias, 23(1), 67-76.
Iourov, I. Y., Vorsanova, S. G., Liehr, T., Yurov, Y. B. 2009. "Aneuploidy in the normal, Alzheimer’s disease and ataxia-telangiectasia brain: Differential expression and pathological meaning". Neurobiology of Disease, 34(2), 212-220.
Jonsson, T., Atwal, J. K., Steinberg, S., Snaedal, J., Jonsson, P. V., Bjornsson, S., Stefansson, K. 2012. "A mutation in APP protects against Alzheimer’s disease and age- related cognitive decline". Nature, 488(7409), 96-99.
Knouse, K. A., Wu, J., Amon, A. 2016. "Assessment of megabase-scale somatic copy number variation using single-cell sequencing". Genome Research, 26(3), 376-384.
Knouse, K. A., Wu, J., Hendricks, A. 2017. "Detection of Copy Number Alterations Using Single Cell Sequencing". Journal of Visualized Experiments: JoVE, (120).
Knouse, K. A., Wu, J., Whittaker, C. A., Amon, A. 2014. "Single cell sequencing reveals low levels of aneuploidy across mammalian tissues". Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(37), 13409-13414.
Lai, D., Ha, G. t.y. "HMMcopy: A package for bias-free copy number estimation and robust CNA detection in tumour samples from WGS HTS data", 14.
Lambert, J.-C., Ibrahim-Verbaas, C. A., Harold, D., Naj, A. C., Sims, R., Bellenguez, C., Amouyel, P. 2013. "Meta-analysis of 74,046 individuals identifies 11 new susceptibility loci for Alzheimer’s disease". Nature Genetics, 45(12), 1452-1458.
Lee, M.-H., Siddoway, B., Kaeser, G. E., Segota, I., Rivera, R., Romanow, W. J., Chun, J. 2018. "Somatic APP gene recombination in Alzheimer’s disease and normal neurons". Nature, 563(7733), 639.
Li, H. 2011. "A statistical framework for SNP calling, mutation discovery, association mapping and population genetical parameter estimation from sequencing data". Bioinformatics (Oxford, England), 27(21), 2987-2993.
Li, H., Durbin, R. 2009. "Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform". Bioinformatics (Oxford, England), 25(14), 1754-1760.
López-Otín, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M., Kroemer, G. 2013. "The Hallmarks of Aging". Cell, 153(6), 1194-1217.
Masters, C. L., Bateman, R., Blennow, K., Rowe, C. C., Sperling, R. A., Cummings, J. L. 2015. "Alzheimer’s disease". Nature Reviews Disease Primers, 1, 15056.
Matevossian, A., Akbarian, S. 2008. "Neuronal Nuclei Isolation from Human Postmortem Brain Tissue". Journal of Visualized Experiments : JoVE, (20).
McConnell, M. J., Lindberg, M. R., Brennand, K. J., Piper, J. C., Voet, T., Cowing-Zitron, C., Gage, F. H. 2013. "Mosaic Copy Number Variation in Human Neurons". Science, 342(6158), 632-637.
Mosch, B., Morawski, M., Mittag, A., Lenz, D., Tarnok, A., Arendt, T. 2007. "Aneuploidy and DNA replication in the normal human brain and Alzheimer’s disease". The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience, 27(26), 6859-6867.
Ning, L., Li, Z., Wang, G., Hu, W., Hou, Q., Tong, Y., ... He, J. 2015. "Quantitative assessment of single-cell whole genome amplification methods for detecting copy number variation using hippocampal neurons". Scientific Reports, 5, 11415.
Olshen, A. B., Venkatraman, E. S., Lucito, R., Wigler, M. 2004. "Circular binary segmentation for the analysis of array-based DNA copy number data". Biostatistics (Oxford, England), 5(4), 557-572.
Qiu, C., Kivipelto, M., von Strauss, E. 2009. "Epidemiology of Alzheimer’s disease: occurrence, determinants, and strategies toward intervention". Dialogues in Clinical Neuroscience, 11(2), 111 128.
Rehen, S. K., Yung, Y. C., McCreight, M. P., Kaushal, D., Yang, A. H., Almeida, B. S. V., Chun, J. 2005. "Constitutional aneuploidy in the normal human brain". The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience, 25(9), 2176-2180.
Rohrback, S., April, C., Kaper, F., Rivera, R. R., Liu, C. S., Siddoway, B., Chun, J. 2018. "Submegabase copy number variations arise during cerebral cortical neurogenesis as revealed by single-cell whole-genome sequencing". Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(42),10804-10809.
Rosenkrantz, J. L., Carbone, L. 2017. "Investigating somatic aneuploidy in the brain: why we need a new model". Chromosoma, 126(3), 337-350.
van den Bos, H., Spierings, D. C. J., Taudt, A., Bakker, B., Porubský, D., Falconer, E., Lansdorp, P. M. 2016. "Single-cell whole genome sequencing reveals no evidence for common aneuploidy in normal and Alzheimer’s disease neurons". Genome Biology, 17(1), 116.
van Dyck, C. H. 2018. "Anti-Amyloid-β Monoclonal Antibodies for Alzheimer’s Disease: Pitfalls and Promise". Biological Psychiatry, 83(4), 311-319.
Vitak, S. A., Torkenczy, K. A., Rosenkrantz, J. L., Fields, A. J., Christiansen, L., Wong, M. H., Adey, A. 2017. "Sequencing thousands of single-cell genomes with combinatorial indexing". Nature Methods, 14(3), 302-308.
Yurov, Y. B., Vorsanova, S. G., Liehr, T., Kolotii, A. D., Iourov, I. Y. 2014. "X chromosome aneuploidy in the Alzheimer’s disease brain". Molecular Cytogenetics, 7(1), 20.

APA	SOMEL M (2018). Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. , 1 - 55.
Chicago	SOMEL Mehmet Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. (2018): 1 - 55.
MLA	SOMEL Mehmet Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. , 2018, ss.1 - 55.
AMA	SOMEL M Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. . 2018; 1 - 55.
Vancouver	SOMEL M Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. . 2018; 1 - 55.
IEEE	SOMEL M "Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi." , ss.1 - 55, 2018.
ISNAD	SOMEL, Mehmet. "Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi". (2018), 1-55.

APA	SOMEL M (2018). Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. , 1 - 55.
Chicago	SOMEL Mehmet Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. (2018): 1 - 55.
MLA	SOMEL Mehmet Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. , 2018, ss.1 - 55.
AMA	SOMEL M Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. . 2018; 1 - 55.
Vancouver	SOMEL M Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi. . 2018; 1 - 55.
IEEE	SOMEL M "Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi." , ss.1 - 55, 2018.
ISNAD	SOMEL, Mehmet. "Tekil hücre genom analizi yoluyla sağlıklı ve hasta bireylerin beyinlerinin incelenmesi". (2018), 1-55.