Новый метод секвенирования ДНК сохраняет расположение клеток в тканях
В сложных тканях, таких как опухоли, отдельные клетки могут сильно отличаться друг от друга. Внутри раковые клетки могут приобретать уникальные мутации ДНК и геномные изменения, потенциально ведущие к лекарственной устойчивости, метастазированию или рецидиву. Внешнее расположение клеток в ткани также важно, поскольку локальная структура опухоли и окружающих тканей может влиять на состояние клеток и проницаемость для лекарств.
Чтобы одновременно измерить и генетические, и локальные факторы, исследователи из Департамента биологии стволовых клеток и регенеративной биологии Гарвардского университета (HSCRB) и Института Броуда MIT и Гарварда разработали новую методику пространственно-разрешенного секвенирования ДНК — slide-DNA-seq. В сочетании с пространственно-разрешенным анализом экспрессии генов эта технология дает лучшее понимание прогрессирования рака и потенциального лечения.
Результаты опубликованы в журнале Nature.
Slide-DNA-seq анализирует срезы интактной ткани, где каждая клетка остается на своем исходном месте, в отличие от обычных методов секвенирования, где клетки разделяют перед экстракцией ДНК. Исследователи использовали микробусины, каждая из которых помечена уникальным пространственным штрих-кодом и закреплена на специально подготовленных стеклянных слайдах, для захвата ДНК из ткани.
«Каждая бусина размером примерно с клетку, — сказал соавтор Фэй Чен. — Вместе они похожи на отдельные пиксели камеры, которая делает снимки геномных изменений в каждой клетке ткани».
После измерения геномных изменений исследователи применили разработанный Ченом и коллегами в 2019 году родственный РНК-метод Slide-seq, который использовал профили экспрессии генов для идентификации и картирования типов и подтипов клеток в срезе ткани.
«Мы можем использовать те же штрих-кодированные бусины для захвата транскриптома каждой клетки и объединить эти два измерения в мультимодальное изображение», — пояснил Чен. То есть исследователи могут видеть изменения как в ДНК клеток, так и в экспрессии генов в контексте тканей.
Метод применили к мышиной модели метастатического рака и образцу первичной опухоли пациента с колоректальным раком. В каждой ткани удалось идентифицировать субпопуляции раковых клеток в различных областях, соответствующих уникальным путям геномной эволюции и состояниям экспрессии генов.
«Мы применили это к секвенированию ДНК и раку — чрезвычайно важным областям медицинских исследований, — отметил соавтор Джейсон Буэнростро. — Однако технология также открывает путь к более широкому измерению молекул ДНК в тканях. Мы предполагаем, что в будущем на основе этой работы будут созданы инструменты для измерения и модификаций ДНК, например, эпигенома».