Метод клеточной визуализации раскрывает функции неизученных генов или вариантов генов, связанных с болезнями

Ученые использовали визуальный вид клеток, или морфологию, для понимания их состояния и идентичности практически с момента изобретения микроскопа. Теперь исследовательская группа под руководством директора Imaging Platform Broad Institute Энн Карпентер и постдока Мохаммада Рохбана показала, что высокопроизводительная компьютеризированная методика визуализации для изучения морфологии, называемая Cell Painting, может дать представление о клеточных ролях генов или связанных с болезнями аллелей, функция или влияние которых неизвестны.

В методе Cell Painting, разработанном в Broad Institute, исследователи маркируют восемь клеточных компонентов и органелл (актин, цитоплазматическую РНК, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, ядро, ядрышко и плазматическую мембрану) флуоресцентными красителями. Затем они получают микроскопические изображения клеток и с помощью вычислений генерируют морфологические профили или сигнатуры — измеримые и воспроизводимые изменения более чем в 1500 признаках внешнего вида клеток, возникающие в ответ на заданное воздействие.

В текущем исследовании, опубликованном в eLife, Рохбан, Карпентер и их коллеги по одному сверхэкспрессировали 220 генов в культивируемых клетках, окрасили клетки и искали сигнатуры, связанные с каждым геном.

Команда обнаружила, что может идентифицировать такие сигнатуры для половины изученных генов. Более того, они выяснили, что могут группировать гены по функции на основе этих сигнатур. Например, сверхэкспрессия генов, изменяющих цитоскелет (структурный каркас клетки), приводила к схожим сигнатурам, как и сверхэкспрессия генов внутри или связанных с определенными клеточными сигнальными путями.

Результаты предполагают, что Cell Painting может предоставить исследователям недорогой, высокопроизводительный способ понимания функций неизученных генов — категории, которая в настоящее время включает более 30 процентов генома человека. Кроме того, Cell Painting может помочь идентифицировать биологические механизмы, лежащие в основе генетических вариаций, выявленных в ходе полногеномных ассоциативных и других масштабных генетических исследований признаков и заболеваний.