Штрихкод опухолевых белков
Как сделать белковый портрет раковой клетки
Кирилл Стасевич, Компьюлента
Знать, какие мутации есть в клетке, – важно, но недостаточно: ведь эти мутации должны перейти в белки. А синтез белков сам по себе подчиняется множеству правил и регулирующих сигналов, и, скажем, какая-нибудь мутация может просто реализоваться, потому что её заблокируют на уровне синтеза полипептида. Кроме того, на какие-то важные и срочные сигналы клетка отвечает в первую очередь на уровне трансляции, то есть на уровне синтеза белка на мРНК. Поэтому, если вы хотите как можно полнее представить себе молекулярную «физиономию» клетки, надо знать не только её ДНК, но и РНК, и набор белков.
Особенно это важно в случае раковых клеток, которые на разных этапах развития болезни и во время лечения могут менять свой белковый спектр. Тут чем больше мы знаем, тем лучше, но со злокачественными клетками есть одна проблема: с одной стороны, о них нужно как можно больше информации, с другой – в этом море информации надо уметь разбираться. Если говорить о мутационном портрете разных опухолей, то лишь недавно учёным удалось найти метод, позволяющий определить, какая мутация относится к раку (и к какому именно), а какая – нет.
В отношении раковых белков учёным может сильно помочь метод, описанный в Science Translational Medicine Ральфом Вейслдером (Ralph Weissleder) и его коллегами из Общеклинической больницы штата Массачусетс (Ullal et al., Cancer Cell Profiling by Barcoding Allows Multiplexed Protein Analysis in Fine-Needle Aspirates).
Его суть в следующем: клетки пропускают через микрокапиллярное устройство, содержащее антитела против того вида клеток, которые нужно поймать, затем пойманные клетки купают в коктейле из нескольких десятков антител, к которым прикреплены куски ДНК длиной 70 нуклеотидов. Эта ДНК взята из помидорного генома – и выбрана так, чтобы никак не перекрываться ни с какой человеческой последовательностью. Кроме того, в этих помидорных ДНК есть участок, расщепляемый ультрафиолетом и ферментами.
Клетки, выкупанные в смеси антител (в эксперименте их было 90), отмываются от не связавшихся с ними иммуноглобулинов, после чего их обрабатывают расщепляющими реагентами и ультрафиолетом. Получившиеся огрызки ДНК, которые остались с антителами (висящими на собственно клеточных белках), теперь могут связаться с другими участками ДНК, которые к ним сейчас добавят. Эти новые куски ДНК связаны с несколькими флюоресцентными белками.
В итоге получается сложный многоуровневый «бутерброд»: сначала антитела, которые поймали и зафиксировали раковые клетки, потом сами эти клетки, поверх них – куча разных антител, которые должны уточнить, «прорисовать» белковые «черты лица» раковых клеток, а уже на эти антитела через ДНК-мостик накладываются флюоресцентные белки. Интенсивность их свечения можно определить довольно точно, и по этому параметру легко понять, что за белки и в каком количестве есть у раковой клетки.
Традиционные методы, с помощью которых можно определить белковый состав клетки, требуют много ресурсов и времени. Для них нужно или собрать очень много тканевого материала, или как-то усилить (амплифицировать) сигнал – и то и другое способно исказить результат. В новом методе ни того ни другого не нужно. Все реакционные компоненты могут создаваться биотехнологическими компаниями, сам же процесс занимает несколько часов, что опять же не сравнить с обычными методами иммуногистохимии, на которые можно потратить несколько дней.
Но самым главным преимуществом новой технологии её авторы называют то, что с её помощью можно определить сразу множество белков (напомним: в эксперименте использовали 90 антител, и это не предел). Когда опухоль начинают лечить, в её клетках происходит множество изменений, направленных в том числе на преодоление терапии, но обычные методы способны поймать лишь около десяти белковых маркеров, а потому многие подробности «личной жизни» опухолевых клеток от врачей окажутся скрыты. Понятно, что если таких маркеров будет не 10, а 100, то и картина получится более подробной: с помощью специфичных антител можно довольно точно увидеть белковый профиль клетки – что-то вроде её собственного штрихкода.
Раковые клетки и их белковый «штрихкод», полученный с помощью нескольких десятков антител
(фото Ralph Weissleder / Massachusetts General Hospital).
Наконец, таким способом можно определять не только белки, но и ДНК с РНК, причём в тех же самых клетках, не отделяя одно от другого. В общем, сплошные преимущества по сравнению с обычной процедурой, когда берут биопсию опухоли и начинают долгие манипуляции с добытым материалом.
Кроме того, мы ведь не обязаны ограничиваться одними лишь опухолевыми клетками: этот метод, который авторы назвали ABCD-platform (antibody barcoding with photocleavable DNA), пригодится для исследования любого клеточного материала, так что только онкомедицинским применением его перспективы не исчерпываются. Можно сказать, что тут удачно решена сложная методическая задача, которую давно пытаются решить в самых разных биотехнологических областях и которая в последнее время стала особенно актуальной, – как получить максимум достоверной (и наглядной) информации от минимума материала.
Однако пока что говорить о перспективах нового метода следует с осторожностью: в экспериментах использовало не слишком много образцов раковых клеток, и, возможно, в более масштабном исследовании, с бóльшим количеством пациентов, у этой технологии обнаружатся какие-нибудь слабые места, которые добавят работы её авторам.
Подготовлено по материалам Общеклинической больницы штата Массачусетс:
'Barcode' profiling enables analysis of hundreds of tumor marker proteins at once.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.01.2014