Zespół kierowany wspólnie przez naukowców z Weill Cornell Medicine i New York Genome Center opracował zaawansowaną metodę ujawniania, w jaki sposób mutacje genów zakłócają normalne upakowanie DNA. Te zmiany strukturalne, które zmieniają wzorce aktywności genów w komórce, nazywane są zmianami epigenetycznymi i mogą prowadzić do nowotworu złośliwego.

Nowa metoda, opisana w artykule opublikowanym w Natura, oferuje biologom potężne narzędzie, które można zastosować w wielu dziedzinach badań, od podstawowej biologii komórki po badanie pochodzenia nowotworów. Naukowcy zademonstrowali nową metodę, wykorzystując ją do wyjaśnienia wpływu powszechnej mutacji genu na dwa rzadkie nowotwory krwi.

„Ta nowa technika powinna umożliwić szerokie przyszłe badania powiązań między mutacjami i zmianami epigenetycznymi w kontekście nowotworów i schorzeń z nimi związanych” – powiedział starszy autor badania, dr Dan Landau, profesor medycyny na Wydziale Hematologii i Onkologii Medycznej w Weill Cornell Medicine i główny członek wydziału w New York Genome Center.

Badaniem kierował dr Franco Izzo, pracownik naukowy ze stopniem doktora w Landau Lab w trakcie badania, obecnie adiunkt w Icahn School of Medicine w Mount Sinai.

Nowe osiągnięcie jest najnowszym z serii innowacji w zakresie profilowania pojedynczych komórek opracowanych przez grupę badawczą Landau. Metody takie, zwane także metodami „multiomiki jednokomórkowej”, umożliwiają badaczom scharakteryzowanie mutacji DNA, wzorców aktywności genów, białek na powierzchni komórki i innych warstw informacji – a wszystko to w pojedynczej komórce, przy wykorzystaniu automatyzacji do przetwarzania wielu tysięcy komórki na raz.

Natomiast starsze metody stosuje się do próbek masowych, które zazwyczaj zawierają mieszankę różnych typów komórek, a także komórki zmutowane i niezmutowane, co znacznie ogranicza jakąkolwiek analizę.

W tym przypadku zespół opracował bardziej czułą i dokładną metodę jednokomórkową do wykrywania mutacji DNA będących przedmiotem zainteresowania. Następnie połączyli to z nową techniką mapowania „dostępności chromatyny” komórki – zasadniczo miejsc, w których DNA jest stosunkowo otwarte i dostępne dla transkrypcji genów – w celu uzyskania szerokiego obrazu stanu epigenetycznego komórki.

Naukowcy nazwali te połączone techniki „genotypowaniem docelowych loci z dostępnością chromatyny jednokomórkowej” lub „GoT-ChA” i wykazali, że mogą zintegrować GoT-ChA z metodami jednokomórkowymi w celu profilowania innych warstw informacyjnych, takich jak RNA i struktury komórkowe białka powierzchniowe.

Naukowcy zademonstrowali skuteczność swojego nowego zestawu narzędzi, wykorzystując go do badania komórek krwi pobranych od pacjentów cierpiących na dwa rzadkie nowotwory krwi, czerwienicę prawdziwą i zwłóknienie szpiku. Przyczyną tych nowotworów jest zwykle specyficzna mutacja w genie JAK2 – mutacja, która ma związek z innymi schorzeniami i występuje również u wielu pozornie zdrowych osób.

Obydwa nowotwory charakteryzują się również zaburzeniami normalnego procesu dojrzewania krwinek, co oznacza, że ​​mutacja JAK2 indukuje znaczące zmiany epigenetyczne, ale ograniczenia starszych metod oznaczały, że te zmiany epigenetyczne i inne dalsze skutki mutacji nie zostały dobrze poznane. Dzięki GoT-ChA badacze byli w stanie bardzo szczegółowo skatalogować te efekty.

„Uważano, że na przykład w przypadku zwłóknienia szpiku zapalenie szpiku kostnego jest napędzane przez mikrośrodowisko szpiku, ale odkryliśmy, że zmiany zapalne w komórkach macierzystych krwi wynikają bezpośrednio z mutacji JAK2 i zależą również od typu komórki” – powiedział Landau, który jest także członkiem Centrum Onkologii Sandry i Edwarda Meyerów oraz Instytutu Medycyny Precyzyjnej Englander w Weill Cornell Medicine.

Wyniki sugerują, że nowe, silne leki będące inhibitorami JAK2, będące obecnie w fazie opracowywania, mogą być pomocne w leczeniu pacjentów z zwłóknieniem szpiku, powiedział.

Landau zauważył, że GoT-ChA powinna być ogólnie przydatna do badania warunków, w których mutacje DNA – które mogą pojawiać się przez całe życie z różnych powodów – są obecne jedynie w mniejszości komórek narządu i dlatego są trudne lub niemożliwe do zbadania tradycyjnymi metodami. , techniki przedjednokomórkowe.

Współautorami badania, oprócz Izzo, byli doktor medycyny. student Robert Myers, pracownik podoktorski Saravanan Ganesan i doktorant Levan Mekerishvili, wszyscy z Landau Laboratory.