Визуализация экспрессии генов в организме с помощью ультразвука

Понимание того, как, когда и почему определенные гены активируются или не активируются, является критическим аспектом биомедицинских исследований. Чтобы узнать больше об экспрессии генов, исследователи часто используют флуоресцентную метку, которую можно добавить в конец последовательности гена, чтобы создать тип маркерного гена. Когда маркерный ген экспрессируется, белок, который генерируется из этой последовательности гена, светится, что позволяет исследователям увидеть экспрессию в действии. Очень распространенной флуоресцентной меткой, которая используется для маркировки активных генов, является зеленый флуоресцентный белок (GFP).

У этого инструмента есть очевидные ограничения. Большинство организмов недостаточно прозрачны, чтобы видеть их изнутри, поэтому, если эти флуоресцентные белки экспрессируются глубоко в тканях, их нельзя увидеть, пока эта ткань не будет обработана или разрезана. Теперь исследователи из Калифорнийского технологического института во главе с Михаилом Шапиро разработали маркер генов, который можно увидеть с помощью ультразвука, который может проникать в ткани и выявлять экспрессию генов; они называют это акустическим репортерным геном. Работа была опубликована в журнале Science.

Существует вид бактерий, которые создают крошечные отсеки, заполненные воздухом и белком, называемые газовыми пузырьками, которые можно увидеть с помощью ультразвука. Аспирант Араш Фархади и его коллеги хотели побудить клетки млекопитающих к созданию этих бактериальных пузырьков, и для этого им пришлось бы перенести девять бактериальных генов в клеточную линию человека. Однако клеточный механизм клеток бактерий и млекопитающих переводит ДНК по-разному.

«Одно из самых больших отличий заключается в том, что у бактерий часто встречается множество генов в ДНК, так что они транскрибируются в один общий фрагмент РНК, который затем транслируется во все соответствующие белки, тогда как у эукариот каждый ген обычно сам по себе», – объяснил Фархади.

Исследователи обратились к вирусам за решением.

 «Вирусы также должны обманывать клетки млекопитающих, чтобы они экспрессировали кучу белков», – сказал Шапиро. «Таким образом, мы использовали вирусные элементы, чтобы обмануть клетку для производства множества генов из общего фрагмента РНК». 

В итоге восемь генов были включены в одну часть РНК. Когда бактериальная ДНК была добавлена ​​к клеткам млекопитающих, генерировались белки, обнаруженные в газовых пузырьках, но не сами пузырьки. Исследователи обнаружили, что белки сначала должны быть получены в правильных соотношениях.

«Правильные соотношения белков запрограммированы в кластерах бактериальных генов, но когда мы помещаем их в клетки млекопитающих, мы должны были выяснить, какими должны быть эти соотношения и как заставить клетки млекопитающих делать их правильно», – сказал Фархади.

Потребовались годы работы, чтобы выяснить, каковы были эти соотношения, и теперь везикулы, наконец, также производятся. Шапиро и Фархади теперь могут оценивать экспрессию генов в различных структурах, включая опухоли, нейроны, иммунные клетки и многие другие виды клеток. Они надеются, что другие исследователи будут использовать эту технику как на исследуемых животных, так и, возможно, на людях в клинике.

DOI: 10.1126/science.aax4804

Вас также может заинтересовать:

• Ученые наблюдают за нейронами, образующими первые цепи в развивающемся эмбрионе
• Высокоскоростной микроскоп фиксирует мимолетные сигналы мозга
• Ученые наблюдают за нейронной активностью 10 тысяч клеток в 3D, в режиме реального времени