Advancing development of synthetic gene regulators : with the power of high-throughput sequencing in chemical biology

این کتاب با استفاده از برنامه‌های قدرتمند فناوری‌های توالی‌یابی نسل بعدی (NGS) در رابط شیمی و زیست‌شناسی، بر مفهوم «خارج از جعبه» تمرکز می‌کند. در پزشکی شخصی، توسعه مولکول های کوچک با هدف قرار دادن یک توالی ژنومی خاص، یک هدف جذاب است. پلی آمیدهای N-methylpyrrole (P)-N-methylimidazole (I) (PIPs) دسته ای از مولکول های کوچک هستند که می توانند به شیار کوچک DNA متصل شوند. اول، یک NGS مقرون به صرفه (سکوی تورنت یونی) مبتنی بر Bind-n-Seq برای شناسایی ویژگی اتصال ترکیبات PIP در یک کتابخانه DNA تصادفی شده توسعه داده شد. تأثیرات بیولوژیکی آنها در درجه اول به میل پیوند انتخابی DNA متکی است، بنابراین تجزیه و تحلیل ترجیحات اتصال گسترده ژنوم آنها مهم است. با این حال، غنی سازی به طور خاص DNA متصل به مولکول کوچک بدون اتصال متقاطع شیمیایی یا اتصال کووالانسی در ژنوم های کروماتین شده ضروری است. در اینجا روشی شرح داده شده است که با استفاده از توالی یابی با توان عملیاتی بالا برای نقشه برداری از مکان های اتصال افتراقی و مناطق غنی شده نسبی SAHA-PIP های غیر متقابل در سرتاسر ژنوم پیچیده انسان ایجاد شده است. نقوش اتصال SAHA-PIPs شناسایی شد و نقشه برداری در سطح ژنوم از مناطق غنی شده با SAHA-PIPs شواهدی برای فعال سازی افتراقی شبکه ژنی ارائه کرد. روشی با استفاده از توالی‌یابی با توان بالا برای نقشه‌برداری از مکان‌های اتصال و مناطق غنی‌شده نسبی آلکیله‌کننده PIP در سراسر ژنوم انسان نیز توسعه داده شد. نقشه برداری سطح ژنومی از آلکیله کردن منطقه غنی شده با PIP و مکان های اتصال در ژنوم انسان، اهداف ژنومی قابل توجهی از سرطان سینه را شناسایی می کند. پیش‌بینی می‌شود که این تحقیقات کم‌هزینه و پیشگامانه در سطح توالی خاص برای درک ویژگی اتصال مولکول‌های کوچک متصل شونده به DNA مفید باشد، که به نوبه خود برای توسعه مولکول‌های کوچک مفید خواهد بود. داروهای مبتنی بر هدف قرار دادن توالی در سطح ژنوم.

This book focuses on an “outside the box” notion by utilizing the powerful applications of next-generation sequencing (NGS) technologies in the interface of chemistry and biology. In personalized medicine, developing small molecules targeting a specific genomic sequence is an attractive goal. N-methylpyrrole (P)–N-methylimidazole (I) polyamides (PIPs) are a class of small molecule that can bind to the DNA minor groove. First, a cost-effective NGS (ion torrent platform)-based Bind-n-Seq was developed to identify the binding specificity of PIP conjugates in a randomized DNA library. Their biological influences rely primarily on selective DNA binding affinity, so it is important to analyze their genome-wide binding preferences. However, it is demanding to enrich specifically the small-molecule-bound DNA without chemical cross-linking or covalent binding in chromatinized genomes. Herein is described a method that was developed using high-throughput sequencing to map the differential binding sites and relative enriched regions of non-cross-linked SAHA-PIPs throughout the complex human genome. SAHA-PIPs binding motifs were identified and the genome-level mapping of SAHA-PIPs-enriched regions provided evidence for the differential activation of the gene network. A method using high-throughput sequencing to map the binding sites and relative enriched regions of alkylating PIP throughout the human genome was also developed. The genome-level mapping of alkylating the PIP-enriched region and the binding sites on the human genome identifies significant genomic targets of breast cancer. It is anticipated that this pioneering low-cost, high through-put investigation at the sequence-specific level will be helpful in understanding the binding specificity of various DNA-binding small molecules, which in turn will be beneficial for the development of small-molecule-based drugs targeting a genome-level sequence.