Ученые теперь могут узнать, как мелкие детали активности генов отличаются от одного типа клеток к другому в образце ткани, благодаря технике, изобретенной исследователями Weill Cornell Medicine.

Эта стилистическая диаграмма показывает ген по отношению к структуре двойной спирали ДНК и хромосоме (справа). Хромома Х-образная, потому что она делятся. Интроны — это регионы, часто встречающиеся в генах эукариот, которые удаляются в процессе сращивания (после того, как ДНК транскрибируется в РНК): только экзоны кодируют белок. Диаграмма называет область только 55 или около того оснований как ген. В действительности, большинство генов в сотни раз дольше. Фото: Thomas Splettstoesser / Википедия / CC BY-SA 4.0

Техника, описанная в документе, опубликованном 15 октября в Nature Biotechnology , позволит биологам лучше понять различные молекулярные проявления различных типов клеток в организме. Это также может способствовать улучшению понимания и лечения заболеваний, вызванных аномальной активностью генов.

«Индивидуальный ген может« говорить »разные вещи, а истинный смысл часто требует прослушивания целых фраз, а не отдельных слов», — сказал старший автор исследования доктор Хаген У. Тильгнер, доцент кафедры нейронауки в мозге и разуме семейства Feil Научно-исследовательский институт медицины Вайля Корнелла. «Наш новый метод по существу позволяет нам записывать полные фразы, называемые изоформами, которые каждый ген выражает в каждой клетке».

Ключевая функция генов заключается в том, чтобы хранить коды для создания белков, молекулы рабочей лошадиных клеток. Когда ген, кодирующий белок, активен в клетке, ферменты многократно копируют его в отдельные молекулы РНК, называемые транскриптами. Они далее обрабатываются, чтобы стать молекулами мессенджеров РНК (мРНК), которые предназначены для выполнения конкретных инструкций по созданию данного белка в белковообразующем аппарате клетки. Улов состоит в том, что данный ген не всегда дает одну и ту же мРНК. В зависимости от обстоятельств клетки или типа клетки транскрипт гена гена может быть обработан нарезкой и реплицирован — в различные изоформы мРНК, которые, в свою очередь, кодируют различные белки. Это один из путей природы делать больше с меньшим.

Ученые знают, что сотни различных типов клеток в организме меняются не только по их образцам активных генов, но также и в специфических изоформах мРНК, которые производят эти гены. Тем не менее, не было эффективных методов для различения различных изоформ мРНК, продуцируемых в разных типах клеток, особенно когда образец клеток является образцом объемной ткани, содержащим множественные смешанные типы клеток. «У нас не было технологии записи в тысячах ячеек точных изоформ мРНК, которые производят клетки», — сказал первый автор доктор Ишаан Гупта, докторант-исследователь в лаборатории доктора Тильгнера.

В новой методике клетки в большом образце захватываются один за другим в крошечных каплях жидкости. В каждой захваченной клетке мРНК превращаются в более стабильные молекулы ДНК, которые затем помечены уникальным маркером ДНК — «штрих-кодом», обозначающим эту клетку. Эти десятки тысяч преобразованных мРНК затем могут быть секвенированы с использованием так называемых короткочитаемых и долгочитанных методов. Краткочитаемые данные секвенирования обеспечивают большую картину активности генов и позволяют идентифицировать тип клетки, такой как нейрон или иммунная клетка. Долгосрочные данные секвенирования показывают, что специфические изоформы мРНК производятся каждым активным геном в клетке. Штрих-коды связывают эти данные последовательности мРНК с отдельными клетками.

Используя технику, известную как ScISOr-Seq (однокамерный ISO-РНК-секвенирование), ученые смогли взять образец мышиной мозговой ткани, содержащей около 6000 клеток, сгруппировать клетки в разные типы клеток по их характеристикам активности генов и затем идентифицируют различные изоформы мРНК, продуцируемые в каждом типе клеток. Полученные результаты только после этой первоначальной демонстрации показали, что тысячи изоформ мРНК никогда не описывались ранее в мозге мыши.

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

«ScISOr-Seq имеет потенциал для выявления многих более болезнетворных изоформ и типов клеток, в которых они действуют», — сказал первый автор Paul Collier, сотрудник по неврологии в лаборатории доктора Тильгнера, «который может привести в свою очередь к новым методам лечения заболеваний ».

 

По материалам phys.org