Ученые создали метод для быстрого и дешевого эпигеномного картирования

Новая методика, разработанная исследователями из Стэнфордского университета, может открыть эру персонализированной эпигеномики.

Метод, описанный в исследовании, опубликованном 6 октября в Nature Methods, позволяет быстро получать огромные объемы информации об активных генах в конкретных клетках. Технология дешевая, быстрая и простая в использовании; от пациента требуется только образец крови или пункционная биопсия.

Гены — это инструкции для производства белков. Эпигеномика изучает, какие гены фактически используются различными тканями организма или, в случае болезни, используются неправильно. Практически каждая клетка тела содержит одни и те же гены, но клетки разных тканей (печени, кожи, мышц, крови) выполняют разные функции, потому что используют разные гены.

Для активации гена его должен прочитать и скопировать (или "транскрибировать") сложный молекулярный аппарат. В сложных организмах, включая человека, большая часть ДНК плотно намотана на белковые структуры — нуклеосомы, что делает её недоступной для транскрипции. Эпигеномные изменения могут ослаблять хватку нуклеосом, открывая доступ к генам.

Существующие методы определения эпигеномного состояния клетки сложны, требуют миллионов клеток и нескольких дней работы. Для изучения редких типов клеток приходится либо искусственно размножать их в лаборатории (что меняет их эпигеномное состояние), либо объединять образцы от многих людей (что исключает персонализированный анализ).

Новый метод требует всего от 500 до 50 000 клеток, которые легко получить от одного человека. Он занимает около 15 минут активной работы техника и всего 10 часов от начала до конца. Это позволяет анализировать ежедневные образцы, например, от пациента в больнице.

Ключевая идея метода принадлежит ведущему автору исследования Джейсону Бьенростро. Ученые использовали модифицированный бактериальный фермент транспозазу, чтобы "пометить" участки генома, доступные для молекулярных машин клетки. Бактериальные транспозазы не умеют встраивать свои ДНК-метки в участки, заблокированные нуклеосомами или ДНК-связывающими белками.

Инкубируя модифицированную транспозазу с клетками, исследователи получали метки только на открытых участках генома. Участки ДНК длиной около 150 химических единиц без меток указывали на зоны, заблокированные нуклеосомами. Короткие участки без меток длиной 8–10 единиц соответствовали сайтам связывания регуляторных белков, которые либо облегчают, либо блокируют транскрипцию генов.

Чтобы продемонстрировать клинический потенциал, ученые взяли кровь у здорового добровольца три дня подряд и каждый раз провели анализ. Они смогли показать, какой из трех регуляторных сайтов на конкретном гене был занят ДНК-связывающим белком. Такая точная идентификация регуляторных сайтов может помочь в выборе лекарств для изменения активности гена с минимальными побочными эффектами.