Новый метод микроскопии позволяет ученым получить изображение того, как белки и хромосомы взаимодействуют в интактной клетке.
Исследователи выстраиваются в очередь, чтобы опробовать мощный метод микроскопии, который позволяет одновременно секвенировать ДНК отдельной клетки и определять расположение ее белков с высоким разрешением - и все это без необходимости вскрывать клетку и извлекать ее содержимое. Изображение ДНК и белков внутри неповрежденных клеток дает важнейшую информацию о том, как эти молекулы работают вместе. Разработчики метода уже использовали его для изучения того, как старение может изменить способ взаимодействия в ядре белков с хромосомами. Они обнаружили, что по мере старения организма изменения в этих ядерных белках могут подавлять активность генов.
«Эта работа действительно необычна», - говорит Анкур Шарма, биолог-онколог из Института медицинских исследований Гарвана в Сиднее (Австралия), который не принимал участия в исследовании, но очень хочет использовать этот подход для изучения раковых клеток и назвал его „феноменальным“. Метод, названный расширенным геномным секвенированием in situ, был описан в препринте, опубликованном на сайте bioRxiv 26 сентября. Он еще не прошел рецензирование.
Этот метод может оказаться особенно полезным для исследователей, изучающих как ДНК обматывается вокруг белков и укладывается в ядра клеток, и как расположение генов в этой массе может влиять на их активность. "Мы можем думать о ДНК как о «линейной строке информации, которую нужно сжать и организовать внутри клеточного ядра размером 5 микрон», - говорит Джейсон Буэнростро, генетик из Гарвардского университета и один из авторов препринта. «Но в том, как именно происходит это складывание, есть много информации».
Чтобы извлечь эту информацию, Буэнростро и его коллеги объединили два ранее описанных метода. В одном из них клетка получает специальный фермент для копирования ДНК, а также набор флуоресцентно меченых компонентов ДНК, которые должны быть включены в растущие нити ДНК один за другим. Считывая последовательность добавления флуоресцентных меток, исследователи могут определить последовательность фрагментов генома.
Новая техника визуализации также может быть использована для отображения геномной информации. Каждый цвет представляет собой отдельную хромосому в ядре одной и той же клетки соединительной ткани. Фото: Ajay Labade, Zachary Chiang, Caroline Comenho and Jason Buenrostro
Исследователи давно знают, как помечать белки метками, чтобы отслеживать их местоположение. Но разрешение световой микроскопии ограничено длиной волны света, что затрудняет различение флуоресцентно меченых нитей ДНК или белков, расположенных очень близко друг к другу. Это представляет собой особую проблему в узких пределах ядра. Поэтому ученые добавили еще один метод, названный экспансивной микроскопией. Этот метод основан на использовании геля, который проникает в клетки, а затем разбухает, впитывая воду, подобно наполнителю в одноразовых подгузниках. Когда гель расширяется, он раздвигает молекулы, что позволяет легче отличить одну молекулу белка от другой.
Объединение этих двух методов позволило Буэнростро изучить взаимодействие между белками и генами в клетках людей с синдромом Хатчинсона-Гилфорда - генетическим заболеванием, приводящим к преждевременному старению. Это состояние вызывается мутациями в белках, называемых ламинами, которые обычно находятся на периферии клеточных ядер. Исследователи подтвердили предыдущие результаты, свидетельствующие о том, что у людей с синдромом прогерии эти аномальные ламины проникают внутрь ядра, где они, по-видимому, изменяют типичное расположение хромосом и подавляют активность генов. Подобные аномалии были обнаружены и в клетках кожи 92-летнего донора не страдавшего прогерией.
Расширенное секвенирование генома in situ - последний метод в ряду тех, которые позволяют исследователям собирать все больше данных из отдельных клеток. Конечная цель - разработать метод, позволяющий обнаружить практически любой белок или метаболит в клетке, поясняет Тьерри Воет, генетик из KU Leuven в Бельгии. Пока что Воет и его коллеги рассматривают возможность использования этого метода в своих исследованиях того, как клетки развивающегося эмбриона справляются с тем, что у них разное количество хромосом.
По мнению Келли Роджерс, изучающей современную микроскопию в Институте медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл в Мельбурне (Австралия), этот метод требует значительного опыта, что ограничит число исследователей, которые смогут сразу же взяться за его изучение. «Это определенно выглядит очень сложным». Тем не менее, Роджерс может перечислить множество коллег, которые захотят использовать эту методику. Со временем, по ее словам, протоколы можно будет упростить и даже поставить на коммерческую основу. «Одно можно сказать наверняка: это станет доступным для более широкого круга ученых», - говорит Роджерс. «Сейчас, похоже, нет никаких ограничений для того, чего мы можем достичь».
