С точностью до клетки
Новый инструмент использует РНК-секвенирование для отображения клеточных и тканевых функций
Метод Slide-seq создает карты клеточных взаимоотношений в тканях с высоким разрешением без использования микроскопа, – пишет сайт Broad Institute (New tool uses RNA sequencing to chart rich maps of cellular and tissue function) со ссылкой на Science (Rodriques et al., Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution).
Новая методика, разработанная учеными из Института им. Броада в Массачусетском технологическом институте и Гарварде, дает беспрецедентное представление о клеточной организации тканей. Этот метод, известный как Slide-seq, использует генетическое секвенирование для построения подробных трехмерных карт тканей, показывающих не только разнообразие типов клеток, но и то, где они расположены и какие функции выполняют.
Трехмерная реконструкция девяти кубических миллиметров гиппокампа мыши, полученная с помощью Slide-seq (цвета обозначают разные типы клеток). Предоставлено лабораториями Чена и Макоско.
Поскольку в данном случае не требуется специализированное оборудование для визуализации, эта технология может использоваться учеными в различных областях биологии, генетики и медицины, которые хотят посмотреть на клеточную структуру тканей или наблюдать, где конкретно в ткани, органе или даже целом организме действуют определенные гены.
Такая платформа предлагает беспрецедентные представления о клеточной структуре тканей, о роли, которую играют гены в различных тканях, а также о последствиях травм или других возмущений для ткани, предоставляя исследователям богатые схемы функций тканей.
В 19 веке нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль поразил научный мир своими подробными рисунками человеческих тканей, показывающими, что мозг состоит из отдельных клеток. Развитие антител в середине 20-го века позволило исследователям взглянуть на белки – увидеть несколько за один раз – в клетках и тканях. В последние годы секвенирование РНК дает ученым возможность определить, какие типы клеток присутствуют в ткани и какие гены включены по всему геному, однако не помогает в определении точного расположения этих клеток.
Slide-seq можно рассматривать как последнее достижение в этой технологической эволюции.
Техника начинается с покрытого резиной предметного стекла или «шайбы», которая заполнена микрочастицами, или «бусинками», с уникальными штрих-кодами ДНК. Ученые последовательно генерировали данные, которые позже позволяют пользователям определять, откуда происходит чтение последовательности в массиве «бусинок».
«Это похоже на клеточную форму GPS, – сказал Роберт Стикельс, соавтор и аспирант лаборатории Macosko. – Когда мы создавали эту технологию, мы хотели упростить ее использование нашими сотрудниками. Мы выполняем все операции по созданию изображений и массивов заранее, и предоставляем массивы конечному пользователю, чтобы им не требовались специальные знания в области микроскопии».
За несколько часов работы с массивами исследователи могут переносить кусочки свежезамороженной ткани на поверхность шарика и растворять ткань, оставляя транскрипты мРНК связанными со штрих-кодом шариков. Затем библиотеку РНК со штрих-кодом секвенируют на коммерческих приборах. Программное обеспечение, разработанное командой Института Броада и предоставленное конечным пользователям, назначает местоположения для каждого считывания последовательности, которое может быть построено для создания карт с высоким разрешением типов клеток или экспрессии генов, с более богатой информацией, чем у стандартных микроскопических изображений.
Чтобы продемонстрировать возможности инструмента, команда использовала Slide-seq для локализации типов клеток в мозжечке и гиппокампе в мозге мыши, выделяя подробные структуры, включая слой клеток толщиной в одну клетку. Применив Slide-seq к срезам мозжечка мыши, команда выявила полосы изменения активности генов в ткани, паттерны, которые указывают пространственно определенные субпопуляции, которые не были обнаружены при использовании традиционного метода секвенирования отдельных клеток.
Команда также показала, что Slide-seq может быть полезен для проверки эффектов возмущений, при использовании его для мониторинга ответов конкретных типов клеток в мышиной модели черепно-мозговой травмы. С помощью фильтрации данных, для демонстрации экспрессии отдельных генов, они обнаружили, что некоторые гены включаются в нейронах на основе близости к травме даже спустя долгое время после травмы.
Исследователи также продемонстрировали, что наложение ряда кусочков ткани может выявить трехмерную организацию ткани и клеточную функцию, генерируя анимированную трехмерную реконструкцию гиппокампа мыши, которую можно настраивать для отображения различных типов клеток или экспрессии отдельных генов.
«Секвенирование одноклеточной РНК действительно хорошо говорит о том, какие клетки находятся в вашем образце, – сказал один из первых авторов Сэмюэль Родрикес – член лаборатории Чена и аспирант Массачусетского технологического института в лаборатории расширенного ассоциированного члена Эда Бойдена. – Но Slide-seq – это принципиально новый инструмент, который добавляет совершенно другое измерение, сообщая нам, где находятся клетки в ткани…».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru