Увеличение клеток: секреты генома через экспансионную микроскопию

Активация и подавление генов (транскрипция) — фундаментальный процесс, определяющий разнообразие клеток, организмов, а также здоровье и болезни. До недавнего времени учёные могли изучать его лишь по косвенным данным.

Исследователи из Йельской школы медицины, включая профессора Антонио Хиральдеса и профессора Йорга Беверсдорфа, разработали новый метод — хроматиновую экспансионную микроскопию (ChromExM). Результаты опубликованы в Science.

Суть метода ChromExM

Метод основан на закреплении клеток в расширяющемся геле. Процесс повторяют дважды, что приводит к увеличению физического объёма ядер клеток эмбрионов рыбок данио в 4000 раз. Это резко повышает разрешение изображения, позволяя использовать обычный конфокальный микроскоп для визуализации молекулярных процессов, ранее недоступных для наблюдения.

Наблюдение активации генома

После оплодотворения геном сначала "молчит". Для запуска развития его необходимо активировать. ChromExM впервые позволил увидеть в действии фундаментальные процессы активации генома в ядре.

На основе наблюдений команда предложила новую модель регуляции генов — "kiss-and-kick" ("поцелуй и пинок"). Она описывает, как регуляторные области ДНК (энхансеры) временно взаимодействуют с началом гена (промотором), запуская транскрипцию, а затем всплеск транскрипции "отталкивает" энхансер, приостанавливая экспрессию.

Значение и перспективы

• Доступность: В отличие от других высокотехнологичных методов, ChromExM доступен для большинства лабораторий.
• Новые возможности: Метод открывает путь для проверки ранее недоказуемых гипотез: как включаются/выключаются гены, как они расположены в ядре и как мутации влияют на их позицию.
• Следующая цель: Учёные стремятся повысить разрешение, чтобы идентифицировать отдельные гены, а не просто видеть молекулы вокруг них. Это позволит понять фундаментальные принципы работы генов в норме и при патологиях.

"Наше исследование позволяет увидеть фундаментальные процессы в ядре, которые лежат в основе всего — от развития эмбриона до рака", — говорит Антонио Хиральдес.