Ученые научились точно определять, какие гены "говорят" — и в каких клетках
Исследователи из Weill Cornell Medicine разработали методику, которая позволяет выяснить, как именно активность генов отличается в разных типах клеток в образце ткани.
Техника, описанная в статье, опубликованной 15 октября в Nature Biotechnology, позволит биологам лучше понять молекулярные особенности различных типов клеток в организме, а также улучшить понимание и лечение заболеваний, вызванных аномальной активностью генов.
Как гены "говорят разными фразами"
Ключевая функция генов — хранить код для создания белков. Когда ген активен в клетке, ферменты копируют его в отдельные молекулы РНК — транскрипты. После обработки они становятся матричными РНК (mRNA), которые несут инструкции для сборки белка. Однако один и тот же ген не всегда производит одинаковую mRNA. В зависимости от типа клетки или её состояния, транскрипт РНК может быть обработан (разрезан и сшит) в разные изоформы mRNA, которые, в свою очередь, кодируют разные белки.
Ученым известно, что сотни типов клеток в организме различаются не только паттернами активных генов, но и конкретными изоформами mRNA, которые эти гены производят. Однако до сих пор не было эффективных методов для различения этих изоформ в смешанных образцах тканей.
Принцип работы метода ScISOr-Seq
Новый метод, названный ScISOr-Seq (Single-cell ISOform RNA-Sequencing), работает следующим образом:
- Клетки в образце по одной захватываются в микроскопические капли жидкости.
- В каждой захваченной клетке молекулы mRNA превращаются в более стабильные молекулы ДНК.
- Каждой такой молекуле присваивается уникальный ДНК-маркер — "штрих-код", идентифицирующий исходную клетку.
- Десятки тысяч преобразованных mRNA затем секвенируются с помощью
технологий short-read и long-read.
- Данные short-read секвенирования дают общую картину активности генов и позволяют идентифицировать тип клетки (например, нейрон или иммунная клетка).
- Данные long-read секвенирования раскрывают конкретные изоформы mRNA, производимые каждым активным геном в клетке.
- Штрих-коды связывают эти данные о последовательностях mRNA с отдельными клетками.
Первые результаты и перспективы
Применив ScISOr-Seq к образцу ткани мозга мыши, содержащему около 6000 клеток, ученые смогли сгруппировать клетки по типам на основе паттернов активности генов и затем идентифицировать различные изоформы mRNA, производимые в каждом типе клеток. Уже эта демонстрация выявила тысячи изоформ mRNA, ранее не описанных в мозге мыши.
Исследователи планируют расширить исследования на основе ScISOr-Seq на другие ткани и типы клеток, а также использовать метод для сравнения изоформ mRNA в больных и здоровых клетках. Аномальные изоформы mRNA все чаще признаются причиной заболеваний, включая некоторые виды рака.
Метод имеет потенциал для выявления многих ранее неизвестных болезнетворных изоформ и типов клеток, в которых они действуют, что может привести к новым методам лечения.