Методы анализа данных улучшают понимание клеточного деления

Исследование Университета Умео прокладывает путь к количественному методу анализа данных для изучения процесса деления в отдельных клетках. Улучшенное разрешение будет способствовать продвинутому клеточному анализу в организме человека, особенно в случаях неправильного деления клеток, например, при раке. Исследование опубликовано в Nucleic Acids Research.

Цель — открывать новые неожиданные биологические закономерности. Исследователи не получили ожидаемых результатов, но работа позволила лучше понять геном и как его можно измерять при секвенировании с использованием транспозонов — модифицированных мобильных генетических последовательностей.

Транспозоны ведут себя по-разному во время клеточного деления, и это можно использовать, в частности, для отслеживания этого процесса.

Каждый орган тела состоит из множества различных клеток, выполняющих разные функции. Поэтому важно уметь изучать клетки по отдельности. Раньше это было возможно с помощью микроскопии, но ограничивалось изучением максимум пяти или десяти генов одновременно.

Продвинутые методы одноклеточного анализа, начавшие применяться в 2010-х годах, революционизировали возможность эффективного подсчёта множества информационных молекул в клетке. Метод основан на секвенировании для изучения всех (более 20 000) генов в одной клетке. Сегодня можно изучать миллионы клеток по одной, что генерирует огромный объём данных.

Исследования отдельных клеток не нуждаются в гипотезе, поскольку не требуется предварительного отбора генов. Это «управляемый данными» подход, при котором собранные данные, а не гипотеза, направляют исследование и его результаты.

Однако это создаёт две основные проблемы: исследователи «тонут» в данных, а технология — дорогая.

Это стало важной движущей силой для исследовательского проекта. Учёные задались вопросами: как можно лучше использовать этот дорогой метод? Что ещё можно узнать из данных, о чём раньше не задумывались?

Одна из теорий заключалась в возможности измерить длину теломер — структур ДНК на концах хромосом, которые их защищают. Каждый раз при делении клетки теломеры укорачиваются. Когда они становятся слишком короткими, клетка больше не может делиться; она становится неактивной или её геном повреждается, что может превратить её в раковую клетку.

Однако проект пошёл не по плану. Первоначальный анализ данных выглядел многообещающим, но чем больше данных анализировалось, тем больше обнаруживалось противоречий.

Вместо этого команда сосредоточилась на изучении других биологических факторов, которые могут влиять на измерение длины теломер.

Анализ данных заставил исследователей внимательно изучить детали предыдущих работ по теломерам. Например, ожидаемая последовательность человеческих теломер — повторяющаяся последовательность ДНК TTAGGG — также встречается в других частях генома. Более того, теломера не является идеальным повторением TTAGGG или вообще повторением. Модель теломеры сейчас настолько устарела и упрощена, что может быть контрпродуктивной.

Передовые технологии секвенирования предоставили новые данные о последовательности теломер, но они сложны и трудно интерпретируемы. На интерпретацию также влияет способ проведения измерений. Исследователи полагают, что технику анализа геномов из отдельных клеток (ATAC-seq) необходимо переоценить. ATAC-seq использует модифицированные мобильные генетические последовательности, называемые транспозонами, для разрезания ДНК на мелкие фрагменты, которые можно секвенировать.

Оказалось, что транспозон не дублирует локальную ДНК, как предполагалось ранее, и, по-видимому, не разрезает теломеру так же активно, как другие части генома. Измерить длину теломер этим подходом просто не удалось.

В другом исследовании учёные уже использовали этот метод измерений для обнаружения нового, неисследованного состояния в Т-клетках, которое может представлять интерес для иммунотерапии — вида лечения рака, использующего собственную иммунную систему организма.