Техника картирования белков раскрывает внутреннюю работу клеток

Изучение экспрессии генетического кода на уровне отдельных клеток важно для понимания их функций в здоровье и болезни. Идентичность клетки критически важна для таких проблем, как рак, нейродегенерация или генетические нарушения. Традиционный метод — секвенирование РНК единичных клеток (scRNA-seq) — показывает, какие гены копируются в виде коротких «транскриптов» мРНК. Однако уровни мРНК не всегда точно соответствуют уровням соответствующих белков, которые выполняют почти все задачи в организме.

Новый подход

Ученые из Лаборатории Финсена (Rigshospitalet), Центра биотехнологических исследований и инноваций (Копенгагенский университет), Технического университета Дании (DTU) и Центра Гельмгольца в Мюнхене применили новый подход для анализа белкового состава отдельных клеток в процессе образования клеток крови.

Этот анализ протеома единичных клеток (single-cell proteomics) позволяет обойти промежуточное звено — мРНК — и построить карту белков, присутствующих в клетках по мере их дифференцировки из стволовых клеток в зрелые клетки крови.

Исследование, опубликованное в журнале Science, впервые применило технологию масс-спектрометрии протеома единичных клеток (scp-MS), совместно разработанную DTU, Rigshospitalet и Копенгагенским университетом, в биологически релевантной системе органов, а не в лабораторных культурах клеток.

Ключевые результаты

Ученые сравнили данные мРНК (scRNA-seq) и данные нового белкового анализа. Оказалось, что в более дифференцированных клетках крови два набора данных сильно коррелировали (изменения уровней мРНК соответствовали изменениям уровней белков). Однако в стволовых и незрелых клетках корреляция была слабой.

Это говорит о том, что скорость оборота транскриптов мРНК, скорость их трансляции или стабильность белков в клетках на ранних стадиях дифференцировки могут меняться по мере созревания клеток.

Исследователи также изучили белки, количество которых снижалось во время дифференцировки, несмотря на стабильные уровни их мРНК. Удаление («нокаут») генов, кодирующих эти белки, привело к сокращению количества стволовых клеток. Это указывает на то, что данные белки необходимы для поддержания здоровой популяции стволовых клеток, обеспечивающей достаточный запас клеток крови в организме. Анализ только данных scRNA-seq не позволил бы выявить эти функционально важные белки.

Значение работы

Эта работа знаменует переломный момент в биологии единичных клеток: возможность напрямую измерять белки с разрешением на уровне одной клетки в первичной человеческой ткани. Это открывает путь к обнаружению скрытых уровней регуляции в развитии, болезнях и регенерации, которые одна только РНК никогда не смогла бы выявить.