Одной из самых больших проблем в биологии является поиск способов одновременного изучения различных биологических систем в клетках, чтобы понять, как они работают вместе для поддержания жизни. В клеточной биологии изучение одной системы теперь относительно просто, но впервые команда из Кембриджа нашла способ одновременного изучения трех важнейших аспектов клеточной биологии внутри одной клетки.
Этот метод, разработанный в сотрудничестве между Институтом Бэбрахама, Европейским институтом биоинформатики (EMBL-EBI) и Эдинбургским университетом и опубликованный сегодня (22 февраля 2018 г.) в Nature Communications, называется одноклеточной нуклеосомой. метилирование, секвенирование транскрипции или scNMT-seq. Он предоставляет подробную информацию о трех тесно связанных фундаментальных аспектах биологии. Самое интересное, что, сравнивая отдельные клетки, команда рассчитывает выявить различия, которые могут играть ключевую роль как на ранних стадиях жизни, так и на первых стадиях таких заболеваний, как рак..
Наши гены упакованы в клетки, оборачивая их вокруг белковых структур, называемых нуклеосомами. То, как упакованы гены, может влиять на активность генов - независимо от того, «включен» ген или «выключен». На активность генов также влияют эпигенетические маркеры, такие как метилирование ДНК - химические изменения в ДНК, влияющие на то, как считываются гены. Активные гены производят молекулярные сообщения, называемые РНК, посредством процесса, называемого транскрипцией. Проще говоря, нуклеосомы и метилирование могут влиять на транскрипцию, приводя к изменениям в клетках.
scNMT-seq позволяет ученым напрямую исследовать связи между нуклеосомами, метилированием и транскрипцией. Различия в этих системах позволяют клеткам специализироваться для формирования различных частей тела, а также помогают нашим клеткам реагировать на меняющийся мир вокруг нас. Использование scNMT-seq для обнаружения изменений также может иметь решающее значение для выявления самых ранних стадий генетических заболеваний, задолго до того, как их можно будет обнаружить с помощью традиционной медицины.
Классические подходы клеточной биологии изучают усредненные результаты, полученные из многих клеток, что означает, что ключевые межклеточные различия теряются. Тем не менее, ученые считают, что эта изменчивость между клетками может быть ключом к большим различиям. Каждая жизнь начинается с небольшого количества клеток и развивается, чтобы произвести сотни различных типов клеток. scNMT-seq позволяет исследователям изучать эффекты изменений в отдельных клетках и может предоставить убедительные доказательства того, что они могут привести к серьезным различиям как в развитии, так и в заболевании.
Соавтор, Рикард Аргелаге, аспирант Европейского института биоинформатики (EMBL-EBI), сказал: «Эта методика представляет собой важный шаг на пути к всесторонней характеристике биологии одиночных клеток. вычислительных подходов, scNMT-seq может выявить неоткрытые механизмы регуляции генов, как в развитии, так и в заболевании."
Соавтор, доктор Стивен Кларк, исследователь с докторской степенью в Институте Бэбрахама, сказал: «Методы изучения экспрессии генов или эпигенетических регуляторов в отдельных клетках вполне устоялись. Тем не менее, это первый раз, когда мы нам удалось измерить несколько признаков одновременно с измерением того, какие гены экспрессируются. Этот метод поможет нам понять, как различные эпигенетические механизмы работают вместе, чтобы определить, как клетки выглядят и ведут себя».
Профессор Вольф Рейк, руководитель лаборатории эпигенетики в Институте Бэбрахама и один из ведущих ученых в этом исследовании, сказал: «Транскрипция в отдельных клетках может различаться между типами клеток, а также между клетками одного типа. новой техники, мы сможем понять, как происходят эти изменения и что они могут означать для будущего каждой клетки».
Д-р Оливер Стегле, руководитель группы Европейского института биоинформатики (EMBL-EBI) и соавтор этого исследования, сказал: «Наш метод сочетает в себе точные биологические исследования и сложные вычислительные подходы для интеграции множества аспектов клеточной биологии.. Это даст нам уникальное представление о взаимосвязях между эпигенетикой и активностью генов и поможет нам лучше понять процессы, которые превращают одну клетку во множество различных типов клеток в организме».