Отслеживание РНК в пространстве и времени
Ученые из Берлинского института биологии систем (BIMSB) Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка исследовали, заложена ли программа последующей дифференцировки клеток в оплодотворенной яйцеклетке.
Чертежи для разных типов клеток уже существуют в одноклеточном эмбрионе
Исследование, опубликованное в Nature Communications, сосредоточено на первых часах после оплодотворения у эмбрионов рыбок данио и шпорцевых лягушек. Ученые обнаружили, что в оплодотворенной яйцеклетке существует пространственная локализация РНК множества генов.
«Мы обнаружили в десять раз больше генов, чья РНК пространственно локализована в оплодотворенной яйцеклетке, чем было известно ранее», — объясняет ведущий автор Каролин Холлер. «Многие из этих молекул РНК позже транспортируются в первичные половые клетки. Это означает, что программа для последующей дифференцировки клеток жестко «зашита» в оплодотворенной яйцеклетке».
Новые подходы в транскриптомике
Для реконструкции ранних стадий эмбрионального развития команда использовала специализированную технику tomo-seq, которая позволяет пространственно отслеживать молекулы РНК внутри клетки. Метод включает нарезку эмбрионов на тонкие срезы, считывание РНК-профилей и преобразование их в пространственные паттерны экспрессии. Холлер усовершенствовала этот метод для измерения пространственного распределения транскриптома в оплодотворенной яйцеклетке.
Для изучения того, какие локализованные гены позже вносят вклад в какие клетки, ученые использовали другую новую технику — scSLAM-seq. Она позволяет маркировать молекулы РНК, чтобы отслеживать их на разных стадиях развития. «Это позволяет нам наблюдать за РНК не только в пространстве, но и во времени», — поясняет доктор Ян Филипп Юнкер. Метод был доработан в лабораториях BIMSB для применения на живых рыбках данио.
Как лекарства влияют на дифференцировку клеток?
Маркировка РНК открывает новые возможности для изучения, например, механизма действия лекарственной терапии. «Мы можем использовать ее в органоидах, чтобы исследовать, как разные типы клеток реагируют на вещества», — говорит Юнкер. Метод позволяет увидеть, какие гены изменяются в течение 5–6 часов после лечения.
Пространственный анализ также имеет медицинское значение: в перспективе он может быть полезен для изучения заболеваний, возникающих из-за неправильной локализации РНК, например, рака или нейродегенеративных заболеваний. «Если мы поймем эти транспортные процессы, то, возможно, сможем выявить факторы риска для этих болезней», — объясняет Холлер.
Следующая цель ученых — раскрыть механизмы, участвующие в локализации РНК. Команда планирует охарактеризовать последовательностные особенности локализованной РНК и с помощью алгоритмов предсказать, имеют ли локализованные гены общую двух- или трехмерную структуру. Также ведется работа над дальнейшим развитием метода для применения в других системах, помимо одноклеточного эмбриона рыбки данио.