генетическая память

Клетки постоянно меняют активность своих генов, и именно эти изменения определяют их развитие, адаптацию к среде и реакцию на лекарства. Поэтому учёным важно не только зафиксировать состояние клетки «здесь и сейчас», но и понять, что с ней происходило раньше. Обычно для этого измеряют уровень матричной РНК (мРНК) — молекул-«инструкций», которые считываются с активных генов и направляют производство белков. Однако такие измерения дают лишь «снимок» в один момент времени, а прошлую динамику приходится восстанавливать косвенно.

За последнее десятилетие появились так называемые «клеточные регистраторы», в том числе основанные на технологии CRISPR. Они создают генетический «журнал», в котором фиксируются отдельные кратковременные события, например активация сигнального пути. Затем учёные могут «прочитать» эти записи с помощью секвенирования ДНК. Но такие системы отслеживают только заранее выбранные гены.

Фэй Чэнь и его команда из Гарварда нашли более универсальный способ. Они научились собирать и хранить мРНК, которую клетка создаёт в течение нескольких дней, а потом анализировать её. Так можно узнать, какие события происходили в клетке, даже если учёный не наблюдал их напрямую.

Для этого учёные использовали vault — загадочные бочкообразные структуры, которые встречаются тысячами почти во всех клетках млекопитающих. А их функция до сих пор остаётся неизвестной. Команда Чэня изменила один из белков vault так, чтобы он связывался с мРНК и захватывал её внутрь (Рис. 1). Процесс активации захвата запускали с помощью лекарства, а завершали, убирая препарат. Инструмент назвали TimeVault — своего рода «временные капсулы» для клеток.

Учёные пока только начинают исследовать возможности TimeVault. В статье в Science они использовали технологию для изучения персистирующих раковых клеток — тех, которые выживают после терапии, но при этом не имеют известных мутаций лекарственной устойчивости. С помощью TimeVault удалось выявить сотни генов, активных в этих клетках ещё до лечения. Подавление некоторых из этих генов снова сделало клетки чувствительными к терапии.

Кроме того, команда Чэня уже использует TimeVault для изучения, как стволовые клетки превращаются в разные типы клеток. Метод оценили и другие исследователи: Тереза Лавлесс из Университета Райса в Техасе предложила сочетать TimeVault с CRISPR-«регистраторами» и расширять возможности технологии, чтобы сохранять и анализировать не только РНК, но и белки и другие «воспоминания» клетки.

Потенциально такие «капсулы времени» помогут врачам понять, почему одни и те же лекарства работают не у всех пациентов, и сделать терапию рака более точной, учитывая скрытую историю клеток, а не только их текущее состояние. Также технология поможет лучше контролировать работу стволовых клеток, что важно для регенеративной медицины и восстановления тканей.

Рис. 1. TimeVault. Источник изображения: A. Fisher/Science, с изм.