Новая система для точного профилирования теломер за менее чем 3 часа

Теломеры — это повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом, которые защищают генетический материал. Они функционируют как молекулярные «часы» клетки, так как укорачиваются с каждым делением клетки, что связано со старением. Точное измерение длины и количества теломер может дать жизненно важную информацию о нормальном или аномальном старении клетки, как в случае рака.

Исследовательская группа под руководством доцента Чеоу Ли Фенга из Института инноваций и технологий в здравоохранении НУС (iHealthtech) разработала новый метод измерения абсолютной длины отдельных теломер менее чем за три часа. Этот уникальный метод профилирования теломер может обрабатывать до 48 образцов из малых количеств (<1 нг) ДНК.

Работа была опубликована в журнале Science Advances 21 августа 2020 года.

Преодоление ограничений обычных тестов на теломеры

Обычные методы измерения теломер в клинических условиях часто требуют много времени и опытных операторов. Им также не хватает точной информации о длине и количестве отдельных теломер, необходимой для точной диагностики аномалий.

Чтобы преодолеть эти технические препятствия, команда разработала уникальную систему под названием Single Telomere Absolute-length Rapid (STAR) assay.

В этом методе отдельные молекулы теломер сначала распределяются по тысячам нанолитровых камер в микрофлюидном чипе. Затем в массивно-параллельном режиме во всех камерах проводится полимеразная цепная реакция (ПЦР) в реальном времени на отдельных молекулах теломер. Кинетика амплификации ПЦР в каждой нанолитровой камере отражает количество повторов теломер, что напрямую коррелирует с длиной отдельной молекулы теломеры.

Используя STAR-анализ, исследователи могут точно определить механизм поддержания теломер в раковых клетках и получить детальную информацию. У пациентов с раком, активированным путем альтернативного удлинения теломер (Alternative Lengthening of Telomere, ALT) — например, при некоторых саркомах и глиомах — часто наблюдается плохой прогноз, связанный с длиной теломер выше средней и высоким процентом критически коротких теломер. Кроме того, в их раковых клетках были обнаружены дополнительные копии молекул теломер.

Валидация метода

Команда НУС iHealthtech сотрудничала с доктором Амосом Ло из отделения детской хирургии больницы KK Women's and Children's Hospital (KKH). Валидация подтвердила, что STAR-анализ эффективен для диагностики статуса ALT при детской нейробластоме, что может служить полезным прогностическим индикатором для этого рака.

Нейробластома — это рак, возникающий из нервов, наиболее распространенная солидная злокачественная опухоль у детей. Раковые клетки используют такие механизмы, как ALT, чтобы аномально поддерживать длину своих теломер и расти непрерывно.

«Поскольку нейробластома с аномалиями теломер имеет худшие исходы, этот новый метод измерения теломер теперь может способствовать более простой и быстрой идентификации ALT у пациентов для более точного определения прогноза их заболевания», — сказал доктор Амос Ло.

Перспективы применения

Сочетание быстрого рабочего процесса, масштабируемости и разрешения на уровне одной молекулы делает систему уникальной для использования распределения длины теломер в качестве биомаркера в исследованиях заболеваний и популяций. Она будет особенно полезна для диагностики механизмов поддержания теломер в клинические сроки, чтобы определять персонализированные терапевтические или профилактические стратегии для пациентов.

Команда НУС iHealthtech планирует расширить исследования и применить платформу STAR-анализа в больничных условиях для облегчения диагностики болезней, связанных со старением.