Универсальный инструмент для отслеживания межклеточных взаимодействий
Одна из фундаментальных задач биологии — понять, как разнообразные типы клеток совместно работают, формируя ткани, органы и системы органов. Недавние усилия по каталогизации различных типов клеток в организме — шаг в правильном направлении, но лишь часть головоломки. Великая загадка того, как эти клетки общаются друг с другом, остаётся нерешённой.
Новая статья в Nature описывает uLIPSTIC — инструмент, способный заложить основу для динамической карты, отслеживающей физические взаимодействия между различными клетками, то есть неуловимый клеточный интерактом. Авторы совершенствовали технологию с 2018 года, и последняя итерация в принципе позволяет исследователям напрямую наблюдать любое межклеточное взаимодействие in vivo.
"С помощью uLIPSTIC мы можем спросить, как клетки работают вместе, как они общаются и какие сообщения передают", — говорит Габриэль Д. Виктора из Рокфеллеровского университета. — "Вот где находится биология".
Метод "поцелуй и беги"
С тех пор как секвенирование мРНК отдельных клеток стало обычным делом, исследователи пытаются соединить точки и объяснить, как разнообразные клетки объединяются в ткань. Появилось несколько методов каталогизации межклеточных взаимодействий, но все они имеют существенные недостатки.
Ранние попытки прямого наблюдения под микроскопом не позволяли извлечь взаимодействующие клетки для дальнейшего анализа. Последующие подходы полагались на продвинутые методы визуализации, которые предполагают возможные взаимодействия клеток на основе их структуры и близости друг к другу. Ни один метод не фиксировал истинные физические взаимодействия и обмен сигналами между клеточными мембранами.
На помощь пришёл LIPSTIC — инновационный подход лаборатории Викторы, который заключался в мечении клеточных структур, соприкасающихся при кратковременном контакте двух клеток по принципу "поцелуй и беги". Метки гарантировали, что если одна клетка "целовала" другую, она оставляла след, подобный помаде, что позволяло легко идентифицировать и количественно оценивать физические взаимодействия между клетками.
Изначально платформа имела узкое применение. Виктора и коллеги создали LIPSTIC для записи очень специфического типа взаимодействия между T-клетками и B-клетками, что было основным фокусом их лаборатории. Однако другие исследователи начали просить версию LIPSTIC, которая работала бы и на других клеточных взаимодействиях. "Мы могли бы создать свой LIPSTIC для каждого типа взаимодействия", — говорит Виктора. — "Но почему бы не попытаться сделать универсальную версию?"
Картирование каждого взаимодействия
В оригинальной версии LIPSTIC "донорская" клетка использует фермент, позаимствованный у бактерий, чтобы поместить меченый пептидный тег на поверхность "клетки-акцептора" при контакте — биохимический эквивалент нанесения помады на одну клетку и поиска отпечатка поцелуя на другой. Этот метод требовал точного знания того, как произойдёт "поцелуй": идентификации молекул, которые донорская клетка использует для взаимодействия с клетками-реципиентами, и кропотливого присоединения тегов к этим молекулам.
Со временем команда обнаружила, что обработка клеток большим количеством фермента и его мишени гарантирует, что любое взаимодействие одной клетки с другой будет отслежено так же эффективно.
"Если вы насытите клетки-партнёры достаточным количеством фермента и мишени, вы можете сделать любую пару клеток способной к LIPSTIC-мечению, не зная заранее, какие молекулы эти клетки будут использовать для своего взаимодействия", — говорит Виктора.
Результатом стал uLIPSTIC — универсальная платформа, не ограниченная предварительным знанием молекул, лигандов или рецепторов. Теперь учёные могут теоретически "намазать" uLIPSTIC на любую клетку, без предвзятых представлений о том, как она будет взаимодействовать со своим окружением, и наблюдать физические межклеточные взаимодействия.
Чтобы продемонстрировать мощь платформы, команда показала, что uLIPSTIC может выйти за узкие рамки LIPSTIC (B-клетки и T-клетки) и отслеживать, как дендритные клетки запускают иммунный ответ организма против опухолей и пищевых аллергенов.
"Приём uLIPSTIC был отличным", — говорит Сандра Накандакари-Хига, аспирант лаборатории Викторы и ведущий автор статьи. — "Мы уже получаем много запросов из других лабораторий о том, как они могут адаптировать нашу систему под свои модели".
Команда надеется в конечном итоге использовать uLIPSTIC для открытия пар рецептор-лиганд, ключевых для клеточных взаимодействий, чтобы лучше понять, как клетки объединяются в ткань на молекулярном уровне. В перспективе команда видит uLIPSTIC ключевым инструментом в создании всеобъемлющих атласов, описывающих, как клетки взаимодействуют, формируя ткань — ключ к долгожданному интерактому.