TEMPOmap: новый метод отслеживает экспрессию генов в отдельных клетках в пространстве и времени

Новый метод, созданный учёными из Broad Institute MIT и Harvard, впервые позволяет в крупном масштабе отслеживать мРНК (messenger RNA) в пространстве и времени в отдельных клетках. Метод, названный TEMPOmap (temporally resolved in situ sequencing and mapping), одновременно измеряет внутриклеточные перемещения множества молекул РНК, потенциально позволяя проследить за молекулой от её рождения до распада.

Как работает TEMPOmap:

• Метод химически метит вновь синтезированные молекулы РНК.
• Использует уникальный подход для их секвенирования в определённых местах клетки в несколько моментов времени.
• Позволяет отслеживать тысячи молекул РНК параллельно с течением времени.

В исследовании, опубликованном в Nature Methods, команда описала, как TEMPOmap позволила им:

• Проследить за мРНК в различных типах клеток.
• Измерить скорость, с которой молекулы транскрибируются с ДНК и перемещаются внутри клетки.
• Обнаружить неожиданные паттерны движения РНК в клетках.

Техническая основа:

Метод основан на ранее разработанном подходе STARmap. TEMPOmap использует трёхкомпонентный химический зонд, который связывается с меткой на новой мРНК, формируя кольцевую структуру. Это создаёт плотный шар фрагментов ДНК ("DNA amplicon"), скопированных со связанной мРНК. Затем применяется метод in situ секвенирования "SEDAL" для анализа фрагментов и идентификации мРНК в каждой точке.

Ключевые результаты:

• Учёные отследили перемещения мРНК, представляющих почти 1000 генов, в лабораторных клетках, а также мРНК нескольких десятков генов в фибробластах и кардиомиоцитах, созданных из репрограммированных человеческих стволовых клеток.
• Анализ показал, что мРНК генов, выполняющих специфическую функцию в определённом типе клеток, как правило, синтезируются быстрее и остаются более стабильными именно в этом типе клеток.
• Измерения выявили скорость транскрипции каждой РНК, её экспорта из ядра, движения через цитоплазму и распада. Паттерны кинетики мРНК коррелировали с молекулярными функциями кодируемых ими генов.

Значение и перспективы:

Карты, созданные с помощью этого подхода, могут помочь раскрыть новые принципы регуляции генов и изучить, как паттерны жизненного цикла РНК влияют на функцию различных типов клеток в здоровье и при заболеваниях. Метод может быть применён для изучения эмбрионального развития, биологических часов, прогрессирования болезней. Лаборатория Сяо Ван планирует использовать TEMPOmap, чтобы понять, как транскрипты генов перемещаются внутри клеток мозга, например, после активации нейрона.