Учёные разработали метод одновременного анализа структуры хромосом и метилирования ДНК в отдельных клетках мозга

Префронтальная кора мозга содержит миллиарды клеток. Понимание огромного разнообразия типов клеток в этом регионе, каждый из которых обладает уникальными генетическими и молекулярными свойствами, было сложной задачей. Известно, что это разнообразие во многом определяется эпигенетикой (например, химическими метками на ДНК) и тем, как эти эпигенетические особенности упакованы в хромосомах, влияя на экспрессию генов.

Исследователи из Института Солка разработали метод sn-m3C-seq (single-nucleus methyl-3C sequencing), позволяющий одновременно анализировать, как хромосомы вместе со своими эпигенетическими особенностями упакованы внутри отдельных человеческих клеток мозга. Работа опубликована в Nature Methods 9 сентября 2019 года.

Суть метода и проблема

• Структура хромосом (фолдинг ДНК) и паттерны метилирования ДНК (добавление метильных групп, блокирующих экспрессию генов) критически важны для функции клетки и являются её уникальным «отпечатком».
• Ранее для определения структуры хромосом и паттернов метилирования отдельных клеток приходилось использовать разные методы, что не позволяло установить взаимосвязь между этими двумя уровнями регуляции.

Новое решение

Метод sn-m3C-seq позволяет «двойным погружением» из одной клетки собрать данные как о структуре хромосом, так и о метилировании. Процесс автоматизирован, что даёт возможность изучать тысячи клеток. Это позволяет напрямую анализировать образцы тканей и определять оба параметра во всех различных типах клеток в ткани.

Результаты тестирования и перспективы

• Метод протестирован на более чем 4200 клетках префронтальной коры человека.
• Использование только данных о структуре хромосом позволяло лишь грубо разделить нейроны и ненейроны. Комбинация подходов позволила идентифицировать генные регуляторные элементы в различных типах клеток и детальнее изучить хромосомные структуры в каждом типе.
• Учёные заметили взаимосвязи между двумя уровнями регуляции, которые планируют изучить в будущем.
• Метод открывает путь к пониманию того, как генетические вариации вдали от генов (часто связанные с такими заболеваниями, как шизофрения, депрессия или болезни сердца) влияют на регуляцию конкретных генов через механизмы фолдинга хромосом.
• Исследования будут продолжены на здоровых и больных тканях, чему будет способствовать грант в 4 миллиона долларов от Национального института исследования генома NIH, полученный авторами 6 сентября 2019 года.