Uutiset

Tietokonemalli tuo uutta tietoa solun perustoiminnoista

Tietojenkäsittelijöiden rakentama edistynyt laskennallinen malli paljasti pitkät viiveet geenisäätelyssä.

Genetiikka ja genomiikka ovat kehittyneet viime vuosina valtavalla vauhdilla, osin laskennallisten menetelmien ansiosta. Nyt suomalaisjohtoinen kansainvälinen tutkijaryhmä on luonut tietokonemallin, jonka avulla on pystytty paljastamaan odotettua pidempiä viiveitä säätelysignaalien ja geenien ilmentymisen välillä.

Uudella menetelmällä analysoitiin ihmisen geenien aktiivisuudesta peräkkäisinä ajankohtina saatuja mittaustuloksia. Tulokset osoittivat, että ihmisen geenisäätelyssä yli 10 prosentissa geeneistä voi esiintyä yli 20 minuutin viive, mikä on merkittävästi pidempi, kuin aiemmin on ajateltu. Erityisesti viivettä esiintyi lyhyissä geeneissä, joiden toiminnan on uskottu olevan nopeaa. Tulos auttaa ymmärtämään kaikissa eläimissä ja kasveissa tapahtuvia elämän perusprosesseja ja luo perustan entistä tarkempien algoritmien kehittämiselle ja sitä kautta geenisäätelyn ymmärtämiselle.

Menetelmä menetelmän sisään

Tutkimuksessa seurattiin rintasyöpäsolujen reaktiota hormonin aiheuttamaan säätelysignaaliin, joka laukaisee solussa muutoksia lukuisten geenien aktiivisuudessa. Osa geeneistä osallistuu reaktioon säätelemällä toisia geenejä, mutta näitä säätelymekanismeja tunnetaan toistaiseksi huonosti. Tarkempi tieto säätelysuhteista voisi yleisesti mahdollistaa esimerkiksi parempien syöpälääkkeiden kehityksen.

– Kaikki geenisäätelymallit perustuvat oletettuihin säätelyn vaikutuksiin, ja mikäli geenisäätelyn viivettä ei oteta huomioon, tulos voi johtaa virhepäätelmiin. Viiveiden merkitystä voi verrata allergian aiheuttajan selvittelyyn tilanteessa, jossa osa oireista tulee nopeasti ja osa vasta pitkällä viiveellä. Jos tätä ei osaa huomioida, selvitystyö vaikeutuu melkoisesti ja voi tuottaa vääriä päätelmiä, sanoo Antti Honkela Helsingin yliopistosta.

– Rakensimme matemaattis-fysikaalisen mallin edistyneen tilastollisen mallin sisään. Tämä oli se, mikä mahdollisti muun muassa löydettyjen jopa yli 20 minuutin viiveiden havaitsemisen geenien säätelyssä, Jaakko Peltonen Aalto-yliopistosta ja Tampereen yliopistosta kertoo.

Mittausmenetelmien kehittyminen on mahdollistanut biologisten ilmiöiden tutkimisen aikaisempaa paljon laajemmassa mittakaavassa. Koska samanaikaisesti myös aineistojen koko on kasvanut valtavasti, laskennalliset menetelmät ovat keskeisiä kaikessa genetiikan ja genomiikan tutkimuksessa.

 

Esimerkkejä havaintoaineistosta ja siihen sovitetuista malleista eri geeneille. Kunkin geenin kohdalla  ylempi punainen käyrä kuvaa geenin transkriptioaktiivisuutta ja alempi vihreä käyrä valmiin lähetti-RNA:n määrää. Näiden välille arvioidun viiveen jakauma on esitetty oikealla.

Työn päätekijöinä toimivat Helsingin yliopiston akatemiatutkija Antti Honkela ja Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston akatemiatutkija Jaakko Peltonen. Molemmat työskentelevät Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston yhteisessä Tietotekniikan tutkimuslaitos HIITissä ja Suomen Akatemian Laskennallisen päättelyn huippututkimusyksikössä COINissa. Tutkimusta on rahoittanut myös Suomen Akatemian ja muiden eurooppalaisten tiederahoittajien sekä EU:n ERASysBio+ ERA-NET-ohjelma. 

Artikkeli Genome-wide modelling of transcription kinetics reveals patterns of RNA production delays julkaistiin äskettäin PNAS-lehdessä. Linkki julkaisuun: http://www.pnas.org/content/early/2015/10/02/1420404112
 

Lisätietoja:

Akatemiatutkija Antti Honkela
puh. 050 311 2483
[email protected]
Twitter: @ahonkela
http://www.hiit.fi/u/ahonkela/
Tietotekniikan tutkimuslaitos HIIT (hiit.fi)
 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Biorefinery and fuels
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Uusiutuvaa polttoainetta biojalostamoiden sivutuotteesta

Ligniinipohjaiset ajoneuvojen ja lentokoneiden polttoaineet ovat nyt askeleen lähempänä markkinoita, kun uudessa EU:n rahoittamassa hankkeessa pyritään kehittämään uusia tuotantomenetelmiä ligniinipohjaisille liikennepolttoaineille.
Kaksi poikaa leikkimässä ilta-auringossa kaupungin viheralueella, jonka keskellä on pieni lampi ja sen ympärillä kiviasetelma.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kaupunkien viheralueet auttavat ilmastonmuutoksen hillitsemisessä

Aalto-yliopisto on mukana CO-CARBON-tutkimushankkeessa, jossa haetaan keinoja tuoda viheralueiden hiilensidonta mukaan kaupunkisuunnitteluun ja päätöksentekoon.
Researchers. Photo: Unto Rautio
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Patentteja syntyy paljon, kun muutoksen tarve on iso – Aalto-yliopisto neljäs patenttihakemusten määrässä

Aalto-yliopistosta lähtevien patenttihakemusten määrä on viisinkertaistunut vuodesta 2012.
Two white-face sakis sitting on a tree branch and grooming in Korkeasaari Zoo
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat suunnittelivat Korkeasaaren valkopääsakeille videoita näyttävän laitteen

Pikkuapinoiden aktivoimiseksi kehitetty laite näytti niille erilaisia videoita. Apinat saivat itse päättää laitteen käytöstä, mikä lisää niiden hyvinvointia.