Новая методика позволяет отслеживать экспрессию генов в поколениях клеток при их специализации

Комбинируя передовую технологию РНК-секвенирования с новым устройством, изолирующим отдельные клетки и их потомство, исследователи MIT теперь могут прослеживать подробную "родословную" на несколько поколений для клеток, происходящих от одного "предка".

Эта методика, позволяющая отслеживать изменения в экспрессии генов по мере дифференцировки клеток, может быть особенно полезна для изучения созревания стволовых или иммунных клеток. Она также может пролить свет на развитие рака.

"Существующие методы позволяют делать моментальные снимки экспрессии генов в одной клетке, что даёт очень детальную информацию. Новый подход предлагает возможность отслеживать клетки на протяжении нескольких поколений и рассматривать эту информацию в контексте клеточной родословной", — говорит Роберт Киммерлинг, ведущий автор статьи в Nature Communications от 6 января.

Захват клеточной линии

Метод включает технологию single-cell RNA-seq, которая секвенирует матричную РНК (mRNA) отдельной клетки. Это помогает понять, например, чем клетка кожи отличается от клетки сердца при одинаковой ДНК.

"Учёные хорошо умеют разделять разнообразные подгруппы популяции, но не до конца ясно, как это разнообразие генерируется. Как одна клетка-основатель даёт начало очень разному потомству", — поясняет Киммерлинг.

Для ответа на этот вопрос исследователи создали микрофлюидное устройство, которое захватывает сначала одну клетку, а затем всех её потомков. Устройство имеет несколько соединённых каналов, каждый с ловушкой для одной клетки. После деления исходной клетки её дочерние клетки перемещаются дальше и захватываются в следующем канале. Учёные показали, что могут захватить до пяти поколений клеток и отследить их родственные связи.

Изучение Т-клеток

В этом исследовании были захвачены и секвенированы иммунные Т-клетки. При активации они создают две популяции: эффекторные Т-клетки (уничтожают заражённые клетки) и клетки памяти (сохраняют информацию о патогене).

"Одна клетка-основатель может дать начало как эффекторным, так и клеткам памяти, но как возникает это разнообразие, не совсем ясно", — говорит Киммерлинг.

Анализ mRNA активированных Т-клеток и двух последующих поколений показал:

• "Сестринские" клетки (от одного деления) имеют гораздо более схожие профили экспрессии генов, чем две неродственные клетки.
• "Кузенные" клетки (с одной "бабушкой") также более похожи, чем неродственные. Это говорит об уникальных, семейно-специфических транскрипционных профилях.

Методика может помочь разрешить давний спор о том, когда Т-клетки дифференцируются в эффекторные и клетки памяти: сразу после первого деления или позже, под влиянием микроокружения.

Клеточный "возраст"

Исследователи также обнаружили, что могут связать экспрессию генов с определёнными точками клеточного цикла. Поскольку они фиксируют время последнего деления каждой захваченной клетки, они могут напрямую связать её "возраст" с транскриптомом.

Было идентифицировано около 300 генов, наиболее коррелирующих со временем с момента деления. Большинство из них были вовлечены в процесс деления клетки. Это означает, что, измеряя уровни этих генов, можно оценить возраст похожих клеток.

Также было обнаружено, что в линии лейкозных клеток, которые непрерывно пролиферируют, другой набор генов, по-видимому, управляет клеточным делением.

"В будущем этот подход может дать представление об уникальных транскрипционных регуляторах прогрессии клеточного цикла в различных моделях рака", — отмечает Киммерлинг.

Новое устройство также открывает возможности для связывания данных транскриптома с другими характеристиками клеток, такими как масса, скорость роста, плотность или деформируемость.