Теперь ученые могут обнаружить, как тонкие детали активности генов различаются в разных типах клеток в образце ткани благодаря методике, изобретенной исследователями Weill Cornell Medicine.

Эта стилистическая диаграмма показывает ген в отношении структуры двойной спирали ДНК и хромосомы (справа). Хромосома Х-образная, потому что она делится. Интроны – это области, часто встречающиеся в генах эукариот, которые удаляются в процессе сплайсинга (после того, как ДНК транскрибируется в РНК): только экзоны кодируют белок. Диаграмма помечает область только из 55 или около того оснований как ген. На самом деле, большинство генов в сотни раз длиннее. Фото: Томас Сплеттштессер / Википедия / CC BY-SA 4.0

Методика, описанная в статье, опубликованной 15 октября в журнале Nature Biotechnology , позволит биологам лучше понять особенности молекулярной работы различных типов клеток в организме. Это также может способствовать лучшему пониманию и лечению заболеваний, вызванных аномальной активностью генов.

«Отдельный ген может« говорить »разные вещи, и истинное значение часто требует прослушивания целых фраз, а не отдельных слов», – сказал старший автор исследования доктор Хаген У. Тилгнер, доцент кафедры неврологии в мозге и разуме семьи Фейл. Научно-исследовательский институт медицины Вейля Корнелла. «Наш новый метод, по сути, позволяет нам записывать полные фразы, называемые изоформами, которые каждый ген экспрессирует в каждой клетке».

Ключевой функцией генов является хранение кодов для создания белков, рабочих лошадок молекул клеток. Когда белок кодирующий ген активен в клетке, ферменты постоянно копируют его в отдельные молекулы РНК, называемые транскриптами. Затем они обрабатываются, чтобы стать молекулами РНК-мессенджера (мРНК), которые предназначены для того, чтобы нести конкретные инструкции по созданию данного белка для машинного механизма по выработке белка клетки. Загвоздка в том, что данный ген не всегда продуцирует одну и ту же мРНК. В зависимости от обстоятельств клетки или типа клетки, РНК-транскрипт гена может быть обработан – разрезан и повторно размножен – в разные изоформы мРНК, которые, в свою очередь, кодируют разные белки. Это один из способов природы делать больше с меньшими затратами.

Ученые знают, что сотни различных типов клеток в организме различаются не только по их структуре активных генов, но также и по специфическим изоформам мРНК, которые продуцируют эти гены. Тем не менее, не было эффективных методов для различения различных изоформ мРНК, продуцируемых в различных типах клеток, особенно когда образец клеток представляет собой объемный образец ткани, содержащий несколько смешанных типов клеток. «У нас не было технологии, позволяющей регистрировать в тысячах клеток точную изоформу мРНК, которую производят клетки», – сказал со-первый автор доктор Ишаан Гупта, постдокторский исследователь в лаборатории доктора Тилгнера.

В новой технике клетки в большом образце захватываются одна за другой в крошечные капельки жидкости. В каждой захваченной клетке мРНК превращаются в более стабильные молекулы ДНК, которые затем маркируются уникальным ДНК-маркером – «штрих-кодом» – идентифицирующим эту клетку. Эти десятки тысяч конвертированных мРНК могут быть затем секвенированы с использованием так называемых методов короткого и длинного чтения. Краткосрочные данные секвенирования обеспечивают общую картину активности генов и позволяют идентифицировать тип клетки, такой как нейрон или иммунная клетка. Долгосрочные данные секвенирования показывают специфические изоформы мРНК, продуцируемые каждым активным геном в клетке. Штрих-коды связывают эти данные последовательности мРНК с отдельными клетками.

Используя технику, известную как ScISOr-Seq (РНК-секвенирование одиночной клетки ISOform), ученые смогли взять образец ткани головного мозга мыши, содержащий около 6000 клеток, сгруппировать клетки по разным типам клеток по паттернам генной активности и затем идентифицируют различные изоформы мРНК, продуцируемые в каждом типе клеток. Результаты только что из этой первоначальной демонстрации выявили тысячи изоформ мРНК, никогда ранее не описанных в мозге мыши.

Доктор Тилгнер и его коллеги в настоящее время планируют расширить свои исследования на основе ScISOr-Seq для большего количества тканей и типов клеток. Они также намерены использовать эту технику для сравнения изоформ мРНК в пораженных клетках с таковыми в здоровых клетках. Аномальные изоформы мРНК все чаще признаются причинами заболеваний, включая некоторые виды рака.

«ScISOr-Seq обладает потенциалом для выявления гораздо большего количества изоформ, вызывающих заболевания, и типов клеток, в которых они действуют», – сказал соавтор статьи Пол Коллиер, сотрудник отдела неврологии в лаборатории доктора Тилгнера, «который может привести, в свою очередь, к новым методам лечения болезней. »

По материалам phys.org