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. 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.

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…».