Ученые из Калифорнийского технологического института предложили принципиально новый метод наблюдения за активностью генов в глубинных тканях организма, который основан на диффузионной магнитно-резонансной томографии. Препринт статьи был выложен на сайте bioRxiv.

Суть метода заключается в изменении проницаемости клеточных мембран для молекул воды с помощью специальных белков, аквапоринов. Аквапорины в данном случае выступают в роли маркеров — аналогично тому, как сейчас используются флюоресцентные белки. 

Аквапорины представляют собой особое семейство белков, которые встраиваются в мембраны клетки и формируют в ней поры для молекул. Благодаря увеличению количества молекул, проходящих через мембрану клетки, сигнал, который получается при диффузионной томографии, выходит слабее. Если аквапорины экспрессируются вместе с определенным геном, то ученые могут определить уровень активности этого гена по изменению контраста в изображении. Если аквапорины экспрессируются вместе с определенным геном, то ученые могут определить уровень активности этого гена по изменению контраста в изображении.

Изображение нейронных путей, полученных с помощью диффузионной МРТ. Иллюстрация: Wikimedia Commons

Чтобы проверить эффективность подхода, ученые внесли гены аквапоринов человека в различные клеточные культуры (глиобластома человека, яичник китайского хомячка, нейробластома мыши). В качестве сравнения исследователи использовали широко используемые в получении изображений экспрессии гены зеленого флуоресцентного белка. Затем клетки были просканированы с помощью диффузионной МРТ.

Новый метод оказался способен довольно точно определить экспрессию генов в клетках в глубинных тканях живого организма, чего нельзя добиться с помощью, например, мечения флюоресцентными белками. Даже при низкой экспрессии белков сигнал становился достаточно слабым для получения контраста. Кроме того, применение аквапоринов в гетерогенных клеточных культурах позволило обнаружить экспрессию генов в очень малом количестве клеток. При этом аквапорины не оказывали токсического эффекта и не влияли на время релаксации протонов — ключевой параметр, анализируемый при получении МРТ-изображений.

Диффузионная МРТ основана на возбуждении молекул воды в сильном электромагнитном поле. Это заставляет множество протонов одновременно производить колебания, что и является сигналом для МРТ. Контрастная картинка получается при отсутствии синхронного колебания между протонами. Когда молекула воды успевает диффундировать на некоторое расстояние, сигнал получается слабее по сравнению с теми участками, где движение воды ограничено. Одним из факторов, который оказывает влияние на сигнал, является диффузия воды через клеточные мембраны. 

Автор: Александр Еникеев