Расшифровка прогрессирования заболеваний и клеточных процессов с помощью TIGER in vivo и неинвазивно

Исследователи из Института инфекционных исследований на основе РНК Гельмгольца (HIRI) и Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (JMU) разработали новую технологию под названием TIGER. Она позволяет расшифровывать сложные процессы в отдельных клетках in vivo, записывая прошлые РНК-транскрипты. Результаты опубликованы в журнале Nature Biotechnology 5 января 2023 года.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) могут свидетельствовать о генетической активности, так как только активные гены производят РНК-копии (транскрипты) в процессе транскрипции. Однако РНК-молекулы, экспрессируемые при транскрипции, отражают лишь текущее состояние. Связать прошлые клеточные события с настоящими условиями сложно.

"Идентичность и поведение клетки зависят не только от её текущего внутриклеточного состава и внеклеточной среды, но и от её прошлых состояний. Мы искали эффективный метод на уровне одной клетки, чтобы заглянуть в прошлое и связать его с настоящим", — объясняет профессор Чейз Байзел, руководитель исследования.

Заглядывая в клеточное прошлое

Новый технологический подход, названный TIGER, может значительно продвинуть медицинскую диагностику в будущем. Этот метод позволяет записывать присутствие специфических РНК в отдельных живых клетках.

"С помощью записи РНК TIGER связывает текущие клеточные состояния с прошлыми транскрипционными состояниями", — говорит первый автор Чуньлэй Цзяо.

TIGER может:

• Количественно определять относительную экспрессию генов.
• Обнаруживать различия между отдельными нуклеотидами.
• Одновременно записывать несколько транскриптов.
• Считывать явления на уровне одной клетки.

По словам Цзяо, у метода есть явные преимущества: предыдущие исследования могли лишь приблизительно оценить прошлые состояния клеток, используя огромные массивы данных и вычислительные инструменты прогнозирования. В данном исследовании ученые смогли записать передачу устойчивости к антибиотикам между клетками Escherichia coli, а также вторжение Salmonella в клетки хозяина.

В будущем TIGER можно будет использовать для изучения транскрипционной истории отдельных клеток в живом организме и её связи с текущим статусом, чтобы расшифровать сложные клеточные реакции — in vivo и неинвазивно. Авторы предполагают, что, например, можно будет проглотить пробиотик на основе TIGER, чтобы позже считать и проанализировать состояние пищеварительного тракта.

Как работает TIGER

TIGER (акроним от "Transcribed RNAs Inferred by Genetically Encoded Records") использует перепрограммированные tracrРНК (Rptrs) для записи выбранных клеточных транскриптов в виде хранимых ДНК-редактирований в отдельных живых бактериальных клетках. Rptrs спроектированы так, чтобы спариваться с распознанными транскриптами и превращать их в направляющие РНК (guide RNAs).

Затем направляющие РНК инструктируют редактор оснований Cas9 нацелиться на введенную ДНК-мишень. Степень редактирования оснований затем можно считать с помощью секвенирования. Технология использует достижения, которые привели к разработке диагностической платформы LEOPARD in vitro в предыдущем исследовании.