Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali nową technikę sekwencjonowania powstającego jednokomórkowego RNA, która pozwala im obserwować czas aktywacji genu i wzmacniacza w komórkach, aby uzyskać wgląd w sposób kontrolowania i koordynowania transkrypcji genów. Szczegóły tej techniki podano w nowym wydaniu Natura artykuł zatytułowany „Sekwencjonowanie powstającego jednokomórkowego RNA ujawnia skoordynowaną globalną transkrypcję.”

Według artykułu technika ta nosi nazwę scGRO-seq i wykorzystuje chemię kliknięć „w celu ilościowej oceny rodzącej się transkrypcji obejmującej cały genom w poszczególnych komórkach” oraz „ujawniania skoordynowanej transkrypcji w całym genomie”. Technikę opracowano w laboratorium dr Philipa Sharpa, emerytowanego profesora Instytutu MIT, członka Instytutu Kocha ds. Integracyjnych Badań nad Rakiem MIT i głównego autora badania.

„Kiedy ludzie zaczynają używać technologii genetycznej do identyfikowania regionów chromosomów zawierających informacje o chorobie, większość z tych miejsc nie odpowiada genom” – powiedział Sharp. „Podejrzewamy, że odpowiadają one wzmacniaczom, które mogą być dość odległe od promotora, dlatego bardzo ważna jest możliwość zidentyfikowania tych wzmacniaczy”.

Poprzednie badania dokumentowały, w jaki sposób wzmacniacze ulegają transkrypcji na wzmacniający RNA lub eRNA. Naukowcy podejrzewali, że transkrypcja ta zachodzi, gdy wzmacniacze wchodzą w interakcję z docelowymi genami. Pomiar poziomów transkrypcji eRNA może być sposobem na określenie, kiedy wzmacniacz jest aktywny, a także na jakie geny jest ukierunkowany.

„Te informacje są niezwykle ważne dla zrozumienia, w jaki sposób zachodzi rozwój oraz w jaki sposób nowotwory zmieniają swoje programy regulacyjne i aktywują procesy prowadzące do odróżnicowania i wzrostu przerzutów” – powiedział dr DB Jay Mahat, pracownik naukowy ze stopniem doktora w laboratorium Sharp i główny autor na Natura papier. „Chcesz móc określić w każdej komórce aktywację transkrypcji z elementów regulatorowych i odpowiadającego im genu. Trzeba to zrobić w pojedynczej komórce, ponieważ tam można wykryć synchronizację lub asynchronię między elementami regulacyjnymi a genami”.

Pomiar eRNA ma charakter efemeryczny, jest wytwarzany w małych ilościach i brakuje mu ogona poli-A, co utrudnia jego wychwycenie i sekwencjonowanie. Jednym ze sposobów wychwycenia eRNA jest dodanie nukleotydu zawierającego znacznik biotynowy w celu zatrzymania transkrypcji po włączeniu go do RNA. Znacznik służy do wyciągania RNA z komórki. Jednakże technika ta dostarcza jedynie informacji o pulach komórek.

Sharp i jego zespół wymyślili sposób na wykorzystanie tej techniki w przypadku pojedynczych komórek. Skupili się na chemii kliknięć, technice wykorzystującej dwie cząsteczki oznaczone „uchwytami kliknięcia”, które mogą ze sobą reagować. Naukowcy zaprojektowali nukleotydy oznaczone uchwytem jednym kliknięciem i umożliwili włączenie ich do nici eRNA. Wykorzystali uzupełniający uchwyt zatrzaskowy, aby wyciągnąć je w celu amplifikacji i sekwencjonowania. Za pomocą tej metody naukowcy szacują, że są w stanie wyciągnąć z danej komórki około 10% eRNA. Wystarczy uzyskać migawkę wzmacniaczy i genów, które są aktywnie transkrybowane.

Aby wykazać, że technika ta dostarcza informacji na temat transkrypcji, naukowcy przetestowali ją na ponad 2600 pojedynczych embrionalnych komórkach macierzystych myszy. Poinformowali, że są w stanie oszacować, kiedy dany region zostanie transkrybowany, na podstawie długości nici RNA i szybkości polimerazy, a także tego, które geny i wzmacniacze ulegały transkrypcji. Potwierdzili także kilka zestawów znanych par wzmacniaczy genów i wygenerowali listę 50 000 możliwych par.

Zespół testuje obecnie swoje podejście przy użyciu innych typów komórek. W szczególności współpracują z badaczami z Bostońskiego Szpitala Dziecięcego, aby zbadać mutacje komórek odpornościowych powiązane z toczniem. „Nie jest jasne, na które geny wpływają te mutacje, dlatego zaczynamy analizować geny, które te domniemane wzmacniacze mogą regulować i w jakich typach komórek te wzmacniacze są aktywne” – powiedział Mahat. „Jest to narzędzie do tworzenia map genów do wzmacniaczy, które mają fundamentalne znaczenie w zrozumieniu biologii, a także stanowią podstawę zrozumienia chorób”.

Mogą także podjąć próbę potwierdzenia teorii opracowanej przez Sharpa i innych współpracowników, która zakłada, że ​​transkrypcja genów jest kontrolowana przez kondensaty – skupiska enzymów i RNA. „Wyobrażamy sobie, że komunikacja między wzmacniaczem a promotorem jest strukturą przejściową typu kondensatu, której częścią jest RNA. To ważny element pracy w budowaniu zrozumienia, w jaki sposób RNA ze wzmacniaczy może być aktywne” – powiedział Sharp.