Светоактивируемые молекулярные клетки раскрывают локализацию РНК в клетках

Учёные из Медицинского центра UT Southwestern разработали новый инструмент PHOTON (Photoselection of Transcriptome over Nanoscale), который позволяет идентифицировать молекулы РНК в их естественном местоположении внутри клеток. Метод, описанный в Nature Communications, даёт ценные данные о пространственном распределении различных видов РНК в ответ на клеточные сигналы и может помочь понять процессы, нарушающиеся при заболеваниях, и найти новые мишени для терапии.

Как объяснил руководитель исследования Хайци Чен, Ph.D., старение и нейродегенеративные заболевания вызывают значительный стресс в клетках, что приводит к перераспределению части клеточной РНК в различные субклеточные компартменты, например, в стрессовые гранулы. PHOTON позволяет детектировать это пространственное перераспределение РНК и понять, как болезни повреждают клеточные функции.

Существующие методы пространственной идентификации РНК либо ограничены изучением устойчивых органелл (ядро, митохондрии), которые можно выделить, либо являются дорогостоящими и сложными в исполнении.

Принцип работы PHOTON:

  1. Исследователи создали ДНК-основные молекулярные клетки, которые связываются со всей РНК в клетках.
  2. Эти клетки могут открываться под действием света, позволяя провести дальнейшую химическую метку.
  3. После поглощения клетками этих конструкций, на интересующие структуры (например, конкретные органеллы) направлялся чрезвычайно узкий лазерный луч (200–300 нанометров в диаметре).
  4. Свет активировал открытие молекулярных клеток только в облучённой области, что позволяло специфически пометить находящиеся там РНК.
  5. Меченые молекулы РНК собирали и секвенировали для определения их идентичности и функций.

Результаты применения:

  • В качестве доказательства концепции PHOTON успешно идентифицировал РНК в ядрышке и митохондриях, и результаты совпали с опубликованными базами данных.
  • Применение к стрессовым гранулам (транзиентным безмембранным структурам) выявило как совпадения с предыдущими исследованиями, так и некоторые расхождения, указывающие на потенциальную контаминацию в более ранних работах.
  • Ответ на давний вопрос: Анализ РНК с помощью PHOTON показал, что молекулы внутри стрессовых гранул несут значительно больше химической модификации m6A, чем РНК снаружи. Это говорит о том, что модификация m6A играет роль в перемещении специфических РНК в стрессовые гранулы, что может предотвращать их трансляцию в белки.

В дальнейшем лаборатория Чена планирует использовать PHOTON для изучения распределения РНК при различных состояниях, особенно при нейродегенеративных заболеваниях и старении. Сравнение с распределением в здоровых клетках может помочь идентифицировать новые терапевтические мишени.