Ученые точно определили, где производятся тысячи отдельных белков в интактной ткани и одиночных клетках
Исследователи из MIT и Broad Institute разработали метод RIBOmap, который позволяет визуализировать точное местоположение тысяч белков, производимых в интактной ткани и даже в отдельных клетках. Каждая цветная точка в результатах RIBOmap представляет одну молекулу mRNA в момент её использования для производства соответствующего белка — процесс, называемый трансляцией.
Метод, описанный в Science, позволяет изучать, как трансляция регулируется в отдельных типах клеток и как это меняется при болезни. В работе команда использовала RIBOmap для изучения трансляции более 5000 генов в ткани мозга мыши. Они обнаружили ключевые различия между тем, где производятся mRNA и где происходит трансляция соответствующих белков в нескольких типах клеток. Это говорит о том, что клетки регулируют трансляцию способами, которые существующие транскриптомные методы (анализирующие производство mRNA) не могут обнаружить.
"RIBOmap может выявлять пространственные паттерны трансляции с беспрецедентным разрешением", — сказал Сяо Ван, ведущий автор исследования. "Когда мы используем RIBOmap для изучения отдельных клеток в тканях, мы можем начать открывать, как разные типы клеток по-разному регулируют трансляцию".
Инструмент для транслятомики
Для создания RIBOmap команда начала с техники STARmap, ранее разработанной для визуализации пространственной организации молекул mRNA в интактной ткани. Как и STARmap, RIBOmap использует молекулярные зонды, связывающиеся с определенными последовательностями mRNA. Однако зонды RIBOmap присоединяются только к молекулам mRNA, которые также связаны с рибосомами — клеточными машинами, осуществляющими трансляцию.
"Это означает, что мы видим только РНК, которая активно используется для производства белков", — сказала Цзинъи Жэнь, соавтор работы. "Это невероятно мощная информация, потому что мы можем начать делать выводы о том, какая РНК фактически транслируется в белки в любой данный момент и в любом месте".
Применение RIBOmap
Для проверки метода команда использовала его для картирования мест производства белков из 5413 генов, экспрессируемых в мозге мыши. Для некоторых генов STARmap показывал высокие уровни соответствующей mRNA, но RIBOmap выявил, что в некоторых областях мозга эта mRNA не активно транслировалась. Это говорит о том, что клетки в этих областях подавляют трансляцию белка.
В нейронах данные RIBOmap оказались настолько детальными, что можно было различить, где внутри отдельного нейрона — в центральном теле клетки или в длинных разветвленных нейритах и связанных синапсах — производятся определенные белки.
"Мы считаем, что этот метод можно легко применить к тканям, отличным от мозга", — сказал постдок Ху Цзэн, соавтор работы. "Поскольку не требуется генетической модификации клеток, это также означает, что мы можем легко применять его к изолированным человеческим тканям, а не только к моделям животных".
В будущем исследователи планируют использовать RIBOmap для сравнения здоровой и больной ткани, изучения влияния лекарств на производство белков в разных типах клеток и исследования базовых механизмов, которые клетки используют для настройки уровней трансляции.