Новый взгляд внутрь ядра клетки может улучшить диагностику рака

Исследователи успешно выделили и секвенировали всю матричную РНК (мРНК) — "генетические копии" — содержащуюся в ядре одной клетки мозга крысы. Работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, поможет лучше понять функционирование органов в норме и при патологии и станет шагом к персонализированной медицине.

Ядро хранит ДНК клетки. Поскольку ДНК не покидает ядро, информация с неё копируется в виде цепочек "матричной" РНК (мРНК), которые служат инструкцией для синтеза белков вне ядра. Совокупность мРНК в данный момент называется транскриптомом.

Транскриптом показывает, какие гены активно транскрибируются, что определяет идентичность и состояние клетки.

Группа под руководством Дэвида Гэлбрейта (Университет Аризоны) и Роджера Ласкена (Институт Крейга Вентера) смогла выделить транскриптом из одного ядра клетки мозга крысы и расшифровать закодированную в нём генетическую информацию.

Анализ транскриптомов отдельных клеток позволит лучше понять процессы, превращающие нормальную клетку в опухолевую. Ранее учёные могли анализировать только усреднённые показатели по многим клеткам, что скрывало важные вариации.

"Чтобы понять, как функционирует орган, нужно выяснить, как работают отдельные клетки и какой вклад вносит каждая из них", — пояснил Гэлбрейт.

Предыдущие работы показали возможность секвенирования транскриптома из целой клетки. Группа Гэлбрейта проверила, можно ли сделать то же самое только с ядром, где транскриптом и образуется.

Исследователи выделили мРНК из ядра клетки мозга мыши, амплифицировали её, расшифровали с помощью высокопроизводительного секвенирования нового поколения и сопоставили с известной последовательностью генома мыши.

Метод показал почти одинаковое покрытие для отдельных ядер и целых клеток. "Корреляция между ядерной и клеточной РНК была высокой... Это говорит о том, что мы можем анализировать ядра и получать информацию, релевантную для клеток", — отметил Гэлбрейт.

Изучение активности генов на уровне единичных клеток многообещающе для диагностики рака. Высокое разрешение метода позволит обнаруживать раковые клетки по изменениям в активности генов задолго до того, как они размножатся и сформируют клинически явную опухоль.

Сравнение вариаций базовой активности генов в отдельных клетках разных людей может помочь выявить лиц с повышенной предрасположенностью к определённым типам рака.

"Когда врачи удаляют подозрительное поражение и анализируют отдельные клетки из него, они могут составить картину происходящего в ткани", — сказал Гэлбрейт. — "Субпопуляция клеток, ведущая себя иначе, может быть ранним индикатором рака".

Анализ транскриптомов из ядер, а не целых клеток, имеет важные преимущества в таких ситуациях:

• Клетки мозга имеют сложные связи. Их разрушение при выделении клетки может повлиять на изучаемые паттерны активности генов.
• Выделение клеток обычно требует обработки ферментами при тёплой температуре в течение часа и более, что вызывает непредсказуемые изменения, влияющие на активность генов.
• Некоторые ткани (например, сердечная мышца) очень прочны, и разделить клетки, не разрушив их, невозможно.

"В этих и большинстве других случаев получить ядра легко. Вы просто измельчаете образцы, и ядра выходят наружу", — объяснил Гэлбрейт. — "Делать это на льду "замораживает" процесс экспрессии генов, что даёт уверенность в отсутствии неконтролируемых изменений".