空間生物学

空間生物学は、生物学的分子と細胞が本来の2次元および3次元環境でどのように組織化され、相互作用し、機能するかを研究する学問です。^[1] 生物学の多くの分野は、空間生物学への個々の貢献について研究されています。

空間生化学

空間生化学とは、3 次元の細胞状態における生化学プロセスの研究を指します。生化学反応が進行するには、分子の相互作用が必要です。空間生化学は、細胞内のこれらの生化学プロセスを決定する空間分布を決定します。

例えば、酵素は生化学反応を進行させるために基質にアクセスする必要がある。^[2]細胞環境では、酵素は基質から隔離されたり区画化されたりして、基質の提示によって活性化される。このタイプの空間生化学によって活性化される酵素には、ホスホリパーゼDやガンマセクレターゼなどがある。^[3]

膜内では、PI(4,5)P2やパルミチン酸を結合する飽和脂質などの脂質クラスターによって空間分布が制御されています。

空間プロテオミクス

空間プロテオミクスとは、タンパク質の局在と細胞内レベルでの動的発現です。^[4] 3D空間におけるタンパク質とその修飾の空間マップは、空間プロテオームを生成します。タンパク質の存在量とタンパク質への修飾の種類の両方が重要です。

空間ゲノミクス

空間ゲノミクスは、遺伝子転写産物の空間的な読み出しを利用して、細胞の3次元的な生物学的機能を決定する。^[5]空間トランスクリプトミクスの技術は2016年に導入された^[6]

参考文献

^ Nussinov, Ruth; Yavuz, Bengi Ruken; Jang, Hyunbum (2024年9月). 「発達時間にわたる単一細胞空間生物学は小児脳病理を解読できる」. Neurobiology of Disease . 199 : 106597. doi :10.1016/j.nbd.2024.106597. PMC 11286356. PMID 38992777.
^ Petersen, E. Nicholas; Chung, Hae-Won; Nayebosadri, Arman; Hansen, Scott B. (2016年12月15日). 「脂質ラフトの運動的破壊はホスホリパーゼDのメカノセンサーである」. Nature Communications . 7 (1): 13873. Bibcode :2016NatCo...713873P. doi :10.1038/ncomms13873. PMC 5171650. PMID 27976674 .
^ Wang, Hao; Kulas, Joshua A.; Wang, Chao; Holtzman, David M.; Ferris, Heather A.; Hansen, Scott B. (2021年8月17日). 「アストロサイト由来コレステロールによるニューロンにおけるベータアミロイド産生の調節」米国科学アカデミー紀要. 118 (33). Bibcode :2021PNAS..11802191W. doi : 10.1073/pnas.2102191118 . PMC 8379952. PMID 34385305 .
^ Lundberg, Emma; Borner, Georg HH (2019年5月). 「空間プロテオミクス：細胞生物学のための強力な発見ツール」. Nature Reviews Molecular Cell Biology . 20 (5): 285–302. doi :10.1038/s41580-018-0094-y. PMID 30659282.
^ Jena, Siddhartha G.; Verma, Archit; Engelhardt, Barbara E. (2024年9月4日). 「空間ゲノミクスと構造化手法を用いた生物学の未解決問題への回答」BMC Bioinformatics . 25 (1): 291. doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . PMC 11375982 . PMID 39232666.
^ ストール PL、サルメン F、ヴィコヴィッチ S、ルンドマルク A、ナバロ JF、マグヌッソン J、ジャコメロ S、アスプ M、ウェストホルム JO、ハス M、モルブリンク A、リンナーソン S、コドルッピ S、ボルグ Å、ポンテン F、コステア PI、サーレンP、モルダー J、バーグマン O、ルンデバーグ J、フリセン J (2016 年 7 月)。「空間トランスクリプトミクスによる組織切片における遺伝子発現の可視化と解析」。科学。353 (6294): 78–82。Bibcode :2016Sci...353...78S。土井：10.1126/science.aaf2403。PMID 27365449。S2CID 30942685 。

[1] Nussinov, Ruth; Yavuz, Bengi Ruken; Jang, Hyunbum (2024年9月). 「発達時間にわたる単一細胞空間生物学は小児脳病理を解読できる」. Neurobiology of Disease . 199 : 106597. doi :10.1016/j.nbd.2024.106597. PMC 11286356. PMID 38992777.

[2] Petersen, E. Nicholas; Chung, Hae-Won; Nayebosadri, Arman; Hansen, Scott B. (2016年12月15日). 「脂質ラフトの運動的破壊はホスホリパーゼDのメカノセンサーである」. Nature Communications . 7 (1): 13873. Bibcode :2016NatCo...713873P. doi :10.1038/ncomms13873. PMC 5171650. PMID 27976674 .

[3] Wang, Hao; Kulas, Joshua A.; Wang, Chao; Holtzman, David M.; Ferris, Heather A.; Hansen, Scott B. (2021年8月17日). 「アストロサイト由来コレステロールによるニューロンにおけるベータアミロイド産生の調節」米国科学アカデミー紀要. 118 (33). Bibcode :2021PNAS..11802191W. doi : 10.1073/pnas.2102191118 . PMC 8379952. PMID 34385305 .

[4] Lundberg, Emma; Borner, Georg HH (2019年5月). 「空間プロテオミクス：細胞生物学のための強力な発見ツール」. Nature Reviews Molecular Cell Biology . 20 (5): 285–302. doi :10.1038/s41580-018-0094-y. PMID 30659282.

[5] Jena, Siddhartha G.; Verma, Archit; Engelhardt, Barbara E. (2024年9月4日). 「空間ゲノミクスと構造化手法を用いた生物学の未解決問題への回答」BMC Bioinformatics . 25 (1): 291. doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . PMC 11375982 . PMID 39232666.

[Ståhl_2016-6] ストール PL、サルメン F、ヴィコヴィッチ S、ルンドマルク A、ナバロ JF、マグヌッソン J、ジャコメロ S、アスプ M、ウェストホルム JO、ハス M、モルブリンク A、リンナーソン S、コドルッピ S、ボルグ Å、ポンテン F、コステア PI、サーレンP、モルダー J、バーグマン O、ルンデバーグ J、フリセン J (2016 年 7 月)。「空間トランスクリプトミクスによる組織切片における遺伝子発現の可視化と解析」。科学。353 (6294): 78–82。Bibcode :2016Sci...353...78S。土井：10.1126/science.aaf2403。PMID 27365449。S2CID 30942685 。