Новый метод для высокоточного анализа генов в отдельных клетках

Анализ продуктов генов в клетках — важный инструмент для диагностики заболеваний и разработки новых активных веществ в биологических и медицинских исследованиях. В Центре Гельмгольца в Мюнхене разработан метод таргетного РНК-секвенирования (анализа транскриптома), который точно обнаруживает мельчайшие количества транскриптов генов в отдельных клетках. Метод позволяет идентифицировать и обогащать индивидуально выбранные молекулы в образце для изучения их клеточной функции. Это даёт возможность селективно характеризовать гены в каждой клетке с высокой точностью. Работа опубликована в Genome Biology.

Секвенирование РНК единичных клеток основано на исследовании молекулярных транскриптов, генерируемых активными участками генома в отдельных клетках. В зависимости от типа и стадии развития клетки активируют разные наборы генов, которые считываются с молекул РНК и транслируются в белки. Количество молекул мРНК — также называемых транскриптами — на ген в данной клетке может информировать об их идентичности и физиологическом ответе на внутренние или внешние сигналы. Это могут быть болезни, процесс старения, влияние окружающей среды или реакции на фармакологические агенты. Однако обнаружение генов, которые экспрессируются лишь в умеренных или низких концентрациях, представляет серьёзную проблему для современных методов секвенирования РНК единичных клеток. Они в основном обнаруживают так называемые гены "домашнего хозяйства", которые, в отличие от регулируемых генов, экспрессируются постоянно.

Метод BART-Seq, разработанный командой доктора Миха Друккера из Института исследования стволовых клеток и аспиранткой Фатмой Узбас, решает эту проблему путём обогащения выбранных транскриптов для секвенирования. BART-Seq расшифровывается как "Barcode Assembly foR Targeted Sequencing". Наборы праймеров и ДНК-штрихкоды комбинируются таким образом, чтобы одновременно амплифицировать транскрипты интересующих генов. "Мы разработали новый способ индексирования праймеров ДНК-штрихкодами с помощью простой реакции синтеза", — объясняет Миха Друккер. Секвенированные транскрипты можно таким образом отследить до отдельных клеток, из которых они произошли. Поскольку анализ фокусируется на выбранных генах, можно получить высокоразрешающую информацию об этих генах и, следовательно, охарактеризовать каждую клетку индивидуально.

Метод недорогой и не требует специализированного и дорогого оборудования. Любая исследовательская группа с доступом к устройству для секвенирования нового поколения (Next-Generation Sequencing) может использовать BART-Seq как для единичных клеток, так и для анализа РНК или геномной ДНК из тысяч образцов.

Вместе с Филиппом Ангерером, Николой Мюллером и Фабианом Тайсом из Института вычислительной биологии Центра Гельмгольца в Мюнхене команда Друккера разработала программное обеспечение для дизайна праймеров и штрихкодов, а также для анализа данных секвенирования. Чтобы сделать метод доступным для всех исследовательских групп, программное обеспечение находится в свободном доступе в Интернете.

Миха Друккер и его коллеги надеются, что их метод станет неотъемлемой частью инструментария для фундаментальных и прикладных исследований. Проекты по скринингу лекарств, такие как измерение реакции культивируемых β-клеток на препараты, или технологии прецизионного редактирования генов с использованием CRISPR-Cas9 могли бы получить большую пользу от BART-Seq.