Новая технология позволяет ученым одновременно отображать 10 421 генов в отдельных клетках, – пишет eurekalert.org со ссылкой на Cell.

Работа была выполнена профессором биологии и членом-корреспондентом Тяньцзинского университета Лонгом Каем и Крисси Ченом из Калифорнийского технологического университета.

Новая методика, получившая название флуоресцентная гибридизация in situ является важным шагом к тому, чтобы отследить, что происходит по всему геному в сотнях разных клеток одновременно. Раньше исследователи могли отображать только четыре-пять генов за один раз в клетках под микроскопом. Возможности флуоресцентной гибридизации позволяют одновременно отображать более 10 000 генов – около половины от общего числа генов у млекопитающих – в отдельных клетках.

Для того, чтобы генетические инструкции превратились в настоящий функционирующий белок, выполняется процесс, называемый транскрипцией – часто он происходит в форме импульсов или «всплесков». Во-первых, ген должен считаться и копироваться в пре-мРНК – предшественник матричной РНК (мРНК, информационная РНК). Затем молекула созревает в мРНК, в процессе чего определенные области, называемые интронами, удаляются из первоначального транскрипта.

Команда ученых сосредоточилась на маркировке интронов, потому что они рано появляются в процессе транскрипции, давая картину того, что делает клетка в момент экспрессии генов.

Используя новую технологию, ученые пометили каждый интрон уникальным флуоресцентным штрих-кодом, позволяющим видеть его с помощью микроскопа. Наблюдение интронов показывало, какие гены в настоящее время включены в отдельных клетках, насколько сильно они экспрессируются и где расположены. Одновременно можно получить изображение 10 421 интрона и 10 421 гена, соответственно.  

Предыдущие исследования, использующие метод штрихового кодирования, были сосредоточены на маркировке самой мРНК, обеспечивающей измерение того, как экспрессия гена изменялась в течение нескольких часов по мере развития мРНК. Сосредоточившись на интронах, исследователи впервые наблюдали так называемые зарождающиеся транскриптомы и обнаружили колебания в транскрипции генов на протяжении одного – двух часов около двух часов, в течение которых многие гены внутри клетки внезапно появляются и исчезают.

Существует несколько причин, по которым явление колебаний ранее не наблюдалось. Во-первых, поскольку эти двухчасовые колебания не синхронизируются между разными клетками, они усредняются при использовании методов, требующих проведения анализа многих клеток. Во-вторых, высокая точность метода флуоресцентной гибридизации позволяет исследователям быть уверенными в том, что они наблюдают реальные биологические колебания, а не технический шум. Наконец, эти двухчасовые колебания затушевываются, когда измеряются мРНК, а не интроны, потому что молекулы мРНК имеют более длительный срок жизнь – три-четыре часа в клетках млекопитающих.

Кроме того, поскольку интроны остаются там, где ген физически расположен, их флуоресцентные изображения позволяют исследователям визуализировать, где гены расположены внутри хромосомы. В этой работе команда с удивлением обнаружила, что наиболее активные гены, кодирующие белок, расположены на поверхности хромосомы, а не глубоко внутри нее.

«Эта техника может быть применена к любой ткани, – говорит Кай. – Флуоресцентная гибридизация может помочь идентифицировать типы клеток, понять, что клетки будут делать, и взглянуть на структуру их хромосом».