Новая технология позволяет заглянуть внутрь отдельных клеток мозга с небывалой детализацией

Исследователи из Института Солка разработали новую геномную технологию для одновременного анализа ДНК, РНК и хроматина (комплекса ДНК и белков) из одной клетки. Метод, на разработку которого ушло пять лет, станет важным шагом вперёд для крупных коллабораций, где несколько команд одновременно работают над классификацией тысяч новых типов клеток. Новая технология, опубликованная в Cell Genomics 9 марта 2022 года, поможет оптимизировать анализ.

По словам Джозефа Экера, директора Лаборатории геномного анализа в Институте Солка, эта мультимодальная платформа будет полезна, предоставляя всеобъемлющую базу данных для групп, пытающихся интегрировать свои данные, полученные одним методом. Эта новая информация также может направлять будущую классификацию типов клеток.

Экер считает, что эта технология будет иметь жизненно важное значение для крупных проектов, таких как Сеть по переписи клеток в рамках инициативы BRAIN Национальных институтов здравоохранения (NIH), которую он сопредседательствует. Основная задача инициативы BRAIN — создать каталоги типов клеток мозга мыши и человека. Эта информация может затем использоваться для лучшего понимания того, как мозг растёт и развивается, а также какой вклад в нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, вносят разные типы клеток.

Современные технологии одноклеточного анализа работают путём извлечения из ядра клетки либо ДНК, РНК, либо хроматина с последующим анализом их молекулярной структуры на предмет закономерностей. Однако этот метод разрушает клетку в процессе, что заставляет исследователей полагаться на вычислительные алгоритмы для анализа более чем одного из этих компонентов на клетку или для сравнения результатов.

Для нового метода, названного snmCAT-seq, учёные использовали биомаркеры для мечения ДНК, РНК и хроматина, не извлекая их из клетки. Это позволило исследователям измерить все три типа молекулярной информации в одной и той же клетке. Затем учёные использовали этот метод для идентификации 63 типов клеток в области лобной коры головного мозга человека и оценили эффективность вычислительных методов для интеграции нескольких одноклеточных технологий. Команда обнаружила, что вычислительные методы обладают высокой точностью при характеристике широко определённых популяций клеток мозга, но показывают значительную неоднозначность при анализе тонко определённых типов клеток. Это говорит о необходимости определять типы клеток по разнообразным измерениям для более точной классификации.

Эта технология также может быть использована для лучшего понимания того, как взаимодействуют гены и клетки, вызывая нейродегенеративные заболевания.

Как отмечает соавтор исследования Чонъюань Ло, эти заболевания могут широко затрагивать многие типы клеток, но могут существовать определённые популяции клеток, особенно уязвимые. Генетические исследования определили области генома, связанные с такими болезнями, как Альцгеймер. Новая технология предоставляет дополнительное измерение данных и идентифицирует типы клеток, на которые влияют эти геномные области.

Следующим шагом команда планирует использовать новую платформу для изучения других областей мозга и сравнения клеток из здорового человеческого мозга с клетками из мозга, поражённого болезнью Альцгеймера и другими нейродегенеративными заболеваниями.