Междисциплинарная команда из Пенсильванского университета опубликовала в Nature Methods первый в своем роде способ выделения РНК из живых клеток в их естественном тканевом микроокружении без повреждения соседних клеток . Это позволяет исследователям анализировать, как химические связи между клетками влияют на функции отдельных клеток и общее производство белка.
Изображение среза мозга крысы, загруженного тегом Arg-Cy3-TIVA. Загрузка клеток очевидна по белой флуоресценции.
Предоставлено: Джеймс Эбервин, доктор философии, Медицинская школа Перельмана, Пенсильванский университет.
Ссылки по теме
Медицинский факультет Перельмана при Пенсильванском университете
Система здравоохранения Пенсильванского университета
Ткани, конечно, представляют собой сложные структуры, состоящие из разных типов клеток. Идентичность и функции отдельных клеток в каждом типе ткани - сердце, кожа, мозг, например - тесно связаны, с помощью которых гены транскрибируются в РНК и, в конечном итоге, в белки. Чтобы изучить экспрессию генов в отдельных клетках в их естественных тканях, исследователи должны иметь возможность взглянуть на внутреннюю работу клетки, во многом так же, как это делает эколог, изучая, как отдельные виды взаимодействуют со своей средой обитания.
Даже клетки, казалось бы, одного и того же типа, не идентичны на молекулярном уровне. Большинство знаний о вариабельности экспрессии генов было получено из исследований с использованием гетерогенных групп клеток, выращенных в культуре. Исследователи сомневаются в способности экстраполировать «настоящую биологию» из этих неестественных условий. Инструменты для исследования того, какой тип и сколько РНК присутствует в отдельных клетках в неповрежденной ткани, предоставляют уникальную возможность оценить, как действительно работают клетки млекопитающих и как эта функция может нарушаться при различных заболеваниях и, в конечном итоге, при тестировании новых лекарств.
Джеймс Эбервин, доктор философии , профессор фармакологии Медицинской школы Перельмана и содиректор Penn Genome Frontiers Institute (PGFI) и Иван Дмоховски, доктор философии. , доцент химии Школы гуманитарных и естественных наук, со-руководила исследованием. Среди других соавторов Пенна - Джай-Юн Сул, доктор философии. , доцент фармакологии, М. Шон Грэди, доктор медицинских наук , заведующий кафедрой нейрохирургии из Медицинской школы Перельмана, а также Чун Хён Ким, доктор философии. , профессор биологии и содиректор PGFI.
«Наши данные показали, что тканевое микроокружение формирует ландшафт РНК отдельных клеток», - говорит Эбервайн. Новый метод получил название TIVA, сокращение от транскриптомного анализа in vivo .
Команда использовала этот неинвазивный метод для физического выделения РНК одной клетки в живой ткани в клетках мыши и человека, в частности ткани человека, полученной в результате операций на головном мозге, в течение нескольких минут после завершения нейрохирургии.
Умный дизайн
Тег TIVA - это молекула типа Swiss-Army-Knife, умно разработанная для хранения множества химических инструментов, необходимых для выполнения своей задачи по захвату мРНК из клетки, не получая ее от соседей.
Первый инструмент - последовательность аминокислот, которая позволяет молекулам проникать в стенки клетки, не повреждая ее или окружающие ткани. Но вместо того, чтобы нацеливаться на конкретную клетку на этом этапе, исследователи промыли весь образец ткани из мозга раствором, содержащим метки TIVA, введя молекулу во все клетки.
Поскольку этот метод означает, что молекула присутствует во всех нервных клетках в ткани мозга, а не только в одной интересующей клетке, исследователям нужен способ, чтобы способность TIVA-тега захватывать мРНК была отключена, пока не придет время. Это достигается с помощью второго инструмента метки - съемной «клетки», закрывающей сайт связывания молекулы.
