Новый высокопроизводительный метод для изучения сплайсинга генов в беспрецедентном масштабе
Гены подобны инструкциям с опциями для создания более чем одного продукта. Дэниел Ларсон, старший научный сотрудник Национального института рака, изучает процесс "сплайсинга" генов, который происходит в нормальных клетках и нарушается при раке крови, например, лейкемии. Ларсон, постдокторант Ихан Ван и коллеги разработали новую технику для изучения сплайсинга генов в беспрецедентном масштабе, раскрыв новые детали процесса. Ларсон представит работу команды 16 февраля на 64-м ежегодном собрании Биофизического общества в Сан-Диего, Калифорния.
В клетках инструкции ДНК копируются в RNA, которая затем разрезается и сшивается (сплайсится), чтобы служить инструкцией для создания белка и его вариаций. Сплайсинг — важный способ регуляции экспрессии генов для создания разнообразия белков.
"Сплайсинг — одна из давних загадок в экспрессии генов, особенно для человеческих генов, поскольку большая часть гена вырезается. Мы до сих пор не знаем, как клетка понимает, где делать сплайсинг, — говорит Ларсон. — У нас также очень мало представления о том, как сплайсинг варьируется от клетки к клетке и каковы его последствия для биологии".
Чтобы начать отвечать на эти вопросы, команда разработала и применила генетический трюк для одновременной маркировки тысяч генов. Они вставили в геном человеческих клеток ген, который заставляет RNA-транскрипты становиться флуоресцентными. Используя высокопроизводительную визуализацию отдельных клеток на тысячах клеток, они отслеживали RNA от индивидуальных генов в реальном времени по мере их создания и сплайсинга. Хотя флуоресцентный зонд был вставлен случайным образом в геном, они смогли использовать глубокое секвенирование, чтобы определить, какой ген был помечен, и сопоставить эти данные с данными визуализации.
"Наши результаты, полученные на основе почти 1000 генов, показывают, что сплайсинг происходит гораздо чаще, чем кто-либо предполагал ранее", — говорит Ларсон. Он также выявил невероятный уровень вариабельности во времени экспрессии генов — от времени, в течение которого ген остается неактивным, до времени, предшествующего сплайсингу. При этом сплайсосома, клеточная машина, осуществляющая сплайсинг, оказалась очень эффективной в этом процессе "вырезания и вставки", даже когда ей нужно удалять огромные фрагменты.
Ларсон надеется, что его новый метод поможет ученым полностью понять процесс сплайсинга, осуществляемый сплайсосомой. "Поскольку сплайсосома часто мутирует при раке, то как сплайсосома принимает решения и что делают эти сплайсосомы, является насущным вопросом в медицине", — заключает Ларсон.