Одновременный анализ доступности ДНК и экспрессии генов в тысячах клеток

Учёные разработали метод sci-CAR (single-cell combinatorial indexing), который позволяет одновременно анализировать эпигеном и транскриптом в каждой из тысяч отдельных клеток.

Эпигеном (набор меток, определяющих активность генома) и транскриптом (набор матричных РНК для синтеза белков) — ключевые звенья в превращении генетического плана в функциональные клеточные компоненты. Доступность хроматина (упакованной ДНК) для транскрипции РНК варьируется между типами клеток и определяет их разнообразие в многоклеточном организме.

Новый метод объединяет два существующих геномных анализа в один протокол. Он использует уникальные штрихкоды для нуклеиновых кислот, что позволяет связать профили мРНК и доступности хроматина для отдельных клеток. Большинство же существующих методов изучают только один аспект клеточной биологии.

Применение и результаты:

• На модели клеточной культуры рака лёгкого, обработанной кортикостероидом дексаметазоном, метод применили к 4800 клеткам. Учёные проследили временную динамику влияния стероида на экспрессию генов и изменения в доступности хроматина в одних и тех же клетках.
• При анализе ядер из целых почек мыши были получены профили транскриптома и доступности хроматина для 11 296 клеток. Клетки разделили на 14 групп, охарактеризовали специфичные для типа клеток эпигеномные ландшафты и связанные с ними черты транскриптома.
• На основе ковариации эпигенома и транскриптома исследователи смогли связать отдалённые регуляторные элементы генома с их генами-мишенями, объяснив часть различий в экспрессии генов.

Преимущества и перспективы:

• sci-CAR превосходит методы, анализирующие только транскрипцию РНК или доступность ДНК по отдельности.
• Метод потенциально можно масштабировать для одновременного анализа миллионов одиночных клеток.
• В будущем учёные надеются объединить дополнительные совместные анализы, чтобы отслеживать поток генетической информации от ДНК к РНК и к конкретным белкам в каждой из множества клеток сложных организмов.

Ограничение: разреженность некоторых данных по доступности хроматина, что, возможно, можно преодолеть оптимизацией протокола.

Исследование выполнено учёными из Brotman Baty Institute for Precision Medicine, Университета Вашингтона, Орегонского университета здоровья и науки, Illumina, Inc., Allen Discovery Center for Cell Lineage Tracing и Медицинского института Говарда Хьюза. Ведущие авторы — Джуньюэ Цао, Джей Шендур и Коул Трапнелл. Отчёт опубликован 30 августа в журнале Science.