Хроматин и рак: новый метод визуализации раскрывает недостающее звено
После расшифровки генома человека в 2003 году ожидалось, что это поможет понять болезни и создать новые лекарства. Однако гены оказались лишь частью сложной головоломки.
«Мы думали, что понимание генов даст ответы на все вопросы, но это не так просто», — говорит Вадим Бэкман из Северо-Западного университета.
Ключевым элементом является хроматин — комплекс макромолекул (ДНК, РНК и белков) внутри живых клеток, который определяет, какие гены экспрессируются.
«Если клеточные системы — это компьютеры, то гены — это аппаратное обеспечение, а хроматин — программное», — поясняет Бэкман.
Организация хроматина играет важную роль в транскрипции, репликации и репарации ДНК. Его структуры охватывают масштабы от нуклеосомного (10 нанометров) до хромосомного (более 200 нанометров).
О динамике хроматина в промежуточном масштабе (20–200 нм) известно мало из-за отсутствия подходящих методов визуализации. Старые методы требовали токсичных флуоресцентных красителей, которые убивали или нарушали работу клеток. Между тем, именно в этом масштабе хроматин претерпевает изменения при образовании рака.
«Изменения в структуре хроматина связаны с регуляцией генов, часто вовлеченных в рак. Его организация коррелирует с образованием опухолей и их инвазивностью», — говорит Бэкман.
Новый метод визуализации, разработанный его группой, позволяет заглянуть внутрь хроматина в этом загадочном масштабе. Техника:
- Не требует меток (label-free), позволяя изучать хроматин в неповрежденных живых клетках.
- Обеспечивает высокую пропускную способность (high-throughput).
- Отличается низкой стоимостью.
Исследование, поддержанное NSF, NIH и Chicago Biomedical Consortium, опубликовано 4 октября в PNAS.
Метод называется микроскопия частично-волновой спектроскопии в живых клетках (live cell PWS). Он обнаруживает хроматин, анализируя рассеянный свет. Частицы меньше дифракционного предела света нельзя увидеть напрямую, но их наличие и организацию можно определить по рассеянному свету. Метод измеряет наноархитектуру в живых клетках за секунды.
«Теперь мы можем наблюдать за живыми, здоровыми клетками и видеть их динамические процессы. Мы можем видеть, как организован хроматин и как он реагирует на стимулы, например, на лекарства», — говорит соавтор работы Луай Альмассаля.
Это открывает путь для масштабных скринингов тысяч соединений и наблюдения за их воздействием на клетки в реальном времени.
«Мы знаем, что хроматин — главный игрок в сложных заболеваниях. Просто у нас не было методов для его изучения. Теперь мы можем наблюдать и записывать эти динамические процессы по мере их развития», — заключает Бэкман.