Live-seq: Секвенирование клетки без её гибели

Секвенирование РНК позволяет учёным изучать экспрессию генов в клетке. Поскольку матричная РНК (mRNA) синтезируется на основе гена ДНК, эту информацию можно использовать для определения исходной последовательности гена и, таким образом, измерения активности тысяч генов (т.е. транскриптома) в клетках.

Проблема секвенирования РНК заключается в захвате mRNA из конкретной клетки в смешанной популяции — а именно так большинство клеток существует в природе. Для этого учёные разработали «секвенирование РНК единичной клетки» (scRNA-seq), которое даёт беспрецедентные возможности для фундаментальных и биомедицинских исследований и даже разработки лекарств.

Представляем Live-seq

Теперь учёные из групп профессоров Барта Депланке (EPFL) и Юлии Форхт (ETH Zurich) решили проблему scRNA-seq: необходимость лизировать (убивать) клетки. Исследователи под руководством доктора Ваньцзе Чэня (EPFL) и доктора Оран Гийом Жантиль (ETH Zurich) представляют Live-seq. Этот инновационный подход позволяет сохранять клетки живыми во время экстракции РНК для дальнейшего изучения, будучи при этом минимально инвазивным.

Ключом к Live-seq стала микроскопическая техника «флюидной силовой микроскопии» (FluidFM), которая использует микроскопические каналы — тоньше человеческого волоса — для манипулирования крошечными объёмами жидкостей (фемтолитры) в образце под микроскопом. Благодаря этому FluidFM позволяет вводить вещества в отдельные клетки или извлекать цитоплазму, включая mRNA, из единичных клеток, не убивая их.

Критический прорыв, приведший к созданию Live-seq, произошёл, когда исследователям удалось сохранить и считать mRNA (транскриптом) из этих крошечных объёмов цитоплазматического образца. В результате Live-seq теперь может связать транскриптом клетки в данный момент времени с её последующим молекулярным или фенотипическим поведением, т.е. отслеживать активность тысяч генов в одной клетке в дискретные моменты времени — что учёные называют «временным» транскриптомным анализом.

«С помощью Live-seq мы теперь можем уникальным образом решать крайне интересные и биомедицински значимые вопросы, например, почему определённые клетки дифференцируются, а их сестринские — нет, или почему некоторые клетки устойчивы к противораковому препарату, а их сестринские — снова нет», — говорит Барт Депланке.

Тестируя Live-seq, исследователи показали, что он может точно идентифицировать («стратифицировать») различные типы и состояния клеток, не внося серьёзных нарушений. В качестве доказательства концепции они использовали свою новую платформу для прямого картирования «траектории» отдельных иммунных клеток (макрофагов) до и после их активации, а также стромальных клеток жировой ткани — типа стволовых клеток — до и после их дифференцировки в жировые клетки. Наконец, команда использовала Live-seq в качестве «транскриптомного регистратора», что позволило им предсказать, насколько сильно — или слабо — иммунная клетка отреагирует на иммунологический вызов.

Работа опубликована в журнале Nature. «Live-seq может решать широкий спектр биологических вопросов, превращая scRNA-seq из конечного метода в подход для временного и пространственного анализа», — говорит Юлия Форхт.