GoT-ChA: Новый инструмент показывает, как мутации генов влияют на клетки

Исследователи из Weill Cornell Medicine и New York Genome Center разработали усовершенствованный метод для изучения того, как мутации генов нарушают нормальную упаковку ДНК. Эти структурные изменения, влияющие на активность генов в клетке, известны как эпигенетические изменения и могут приводить к злокачественному перерождению.

Новый метод, описанный в статье в Nature, предоставляет биологам мощный инструмент для различных областей — от фундаментальной клеточной биологии до изучения происхождения рака. Учёные продемонстрировали его работу, выяснив, как распространённая мутация гена влияет на две редкие формы рака крови.

Суть метода

Достижение стало частью серии инноваций в профилировании одиночных клеток (single-cell multi-omics) из лаборатории доктора Дэна Ландау. Такие методы позволяют охарактеризовать мутации ДНК, паттерны активности генов, белки на поверхности клетки и другие слои информации — для каждой отдельной клетки, обрабатывая автоматически тысячи клеток за раз. Старые методы работали с образцами, содержащими смесь разных типов клеток, что сильно ограничивало анализ.

Команда разработала более чувствительный и точный метод для обнаружения целевых мутаций ДНК в одиночной клетке. Его объединили с новой техникой картирования «доступности хроматина» — участков, где ДНК относительно открыта для транскрипции генов, что отражает эпигенетическое состояние клетки. Связанные методы назвали GoT-ChA (Genotyping of Targeted loci with single-cell Chromatin Accessibility). Показано, что GoT-ChA можно интегрировать с другими single-cell методами для анализа РНК и поверхностных белков.

Применение к онкогематологии

Учёные применили GoT-ChA для изучения клеток крови пациентов с двумя редкими заболеваниями: истинной полицитемией и миелофиброзом. Обычно их движет специфическая мутация в гене JAK2, которая также встречается при других состояниях и даже у здоровых людей.

Оба заболевания связаны с нарушением нормального созревания клеток крови, что предполагает индукцию мутацией JAK2 значительных эпигенетических изменений. Благодаря GoT-ChA эти изменения и другие эффекты мутации удалось детально каталогизировать.

Ключевое открытие

«Считалось, что при миелофиброзе воспаление костного мозга вызвано микроокружением, но мы обнаружили, что воспалительные изменения в кроветворных стволовых клетках напрямую являются результатом мутации JAK2 и также зависят от типа клетки», — пояснил старший автор работы доктор Дэн Ландау.

Результаты предполагают, что новые мощные ингибиторы JAK2, находящиеся в разработке, могут быть полезны для лечения пациентов с миелофиброзом.

Перспективы

GoT-ChA будет особенно полезен для изучения состояний, при которых мутации ДНК (возникающие в течение жизни по разным причинам) присутствуют лишь в небольшой части клеток органа, что делает их труднодоступными для традиционных методов.