Всякий раз, когда клетки активируют ген, они производят специфичные для гена молекулы транскрипта, которые делают функцию гена доступной для клетки. Измерение активности генов — обычное дело в медицинской диагностике, особенно в онкологической медицине. Современные технологии определяют активность генов, измеряя количество молекул транскрипта.
Однако с помощью этих технологий невозможно измерить ни количество молекул транскриптов одной тысячи генов в десяти тысячах отдельных клеток, ни пространственную организацию молекул транскриптов в одной клетке. Полностью автоматизированная процедура, разработанная биологами из Цюрихского университета под руководством профессора Лукаса Пелкманса, впервые позволяет проводить параллельное измерение количества и пространственной организации отдельных молекул транскриптов в десяти тысячах отдельных клеток. Результаты, которые были недавно опубликованы в научном журнале Nature Methods, позволяют по-новому взглянуть на вариабельность активности генов отдельных клеток.
Роботы, флуоресцентный микроскоп и суперкомпьютерМетод, разработанный аспирантами Пелкманса Нико Баттичем и Томасом Штогером, основан на комбинации роботов, автоматического флуоресцентного микроскопа и суперкомпьютера. «Когда гены становятся активными, образуются специфические молекулы транскриптов. Мы можем испачкать их с помощью робота », — объясняет Штогер. Затем получают изображения под флуоресцентным микроскопом ярко светящихся молекул транскрипта.
Эти изображения были проанализированы с помощью суперкомпьютера Brutus ETH Zurich. С помощью этого метода можно изучить тысячу генов человека в десяти тысячах отдельных клеток. По словам Пелкманса, преимущества этого метода — большое количество одиночных клеток и возможность впервые изучить пространственную организацию молекул транскриптов многих генов.Новое понимание пространственной организации молекул транскрипта
Анализ новых данных показывает, что отдельные клетки различаются по активности своих генов. Хотя ученые подозревали высокую вариабельность количества молекул транскриптов, они были удивлены, обнаружив сильную вариабельность пространственной организации молекул транскриптов внутри отдельных клеток и между несколькими отдельными клетками. Молекулы транскрипта адаптировали отличительные паттерны.«Мы поняли, что гены со схожей функцией также имеют аналогичную вариабельность паттернов транскрипции», — объясняет Баттич. «Это сходство превышает вариабельность количества молекул транскриптов и позволяет нам предсказать функцию отдельных генов».
Ученые подозревают, что образцы транскриптов являются контрмерой против вариабельности количества молекул транскриптов. Таким образом, такие шаблоны будут отвечать за устойчивость процессов в ячейке.
Пелкманс резюмировал важность этих новых идей: «Наш метод будет иметь важное значение для фундаментальных исследований и понимания раковых опухолей, потому что он позволяет нам отображать активность генов в отдельных опухолевых клетках».