Исследователи из Института Бабрахама, финансируемого BBSRC, в сотрудничестве с Центром геномики единичных клеток Института Сэнгера Wellcome Trust разработали новую мощную методику одноклеточных исследований, чтобы помочь исследовать, как окружающая среда влияет на наше развитие и черты характера, которые мы унаследовали от наших родителей. Этот метод можно использовать для картирования всех «эпигенетических меток» на ДНК в пределах одной клетки. Этот одноклеточный подход улучшит понимание эмбрионального развития, может улучшить клинические применения, такие как терапия рака и лечение бесплодия, и имеет потенциал для сокращения количества мышей, необходимых в настоящее время для этого исследования.
«Эпигенетические метки» – это химические метки или белки, которые маркируют ДНК и действуют как своего рода клеточная память. Они не изменяют последовательность ДНК, но записывают опыт клетки в ДНК, что позволяет клеткам запоминать опыт еще долго после того, как он исчез. Размещение этих тегов является частью нормальной разработки; они сообщают генам, следует ли их включать или выключать, и таким образом могут определять, как развивается клетка. Например, разные наборы активных генов делают клетку кожи отличной от клетки мозга. Тем не менее, экологические сигналы, такие как диета, также могут влиять на расположение эпигенетических меток на ДНК и влиять на долгосрочное здоровье организма.
Доктор Гэвин Келси из Института Бабрахама сказал: "Возможность получить полную карту этих эпигенетических меток от отдельных клеток будет иметь решающее значение для полного понимания раннего эмбрионального развития, прогрессирования рака и помощи в разработке методов лечения стволовыми клетками.
"Исследования эпигенетики в основном основывались на использовании мышей в качестве модельного организма для изучения раннего развития. Наш новый одноклеточный метод дает нам беспрецедентную возможность изучать эпигенетические процессы в раннем эмбриональном развитии человека, которое было ограничено очень ограниченным количеством ткани, доступной для анализа."
Исследование, опубликованное в Nature Methods, предлагает новую одноклеточную технику, способную анализировать метилирование ДНК – одну из ключевых эпигенетических меток – по всему геному. Этот метод обрабатывает клеточную ДНК химическим веществом, называемым бисульфитом. Затем обработанная ДНК амплифицируется и считывается на высокопроизводительных машинах для секвенирования, чтобы определить местоположение меток метилирования и затронутых генов.
Эти анализы помогут определить, как эпигенетические изменения в отдельных клетках во время раннего развития определяют судьбу клеток. Современные методы позволяют наблюдать эпигенетические метки в нескольких объединенных клетках. Это может скрыть изменения, происходящие в отдельных клетках во время развития, когда каждая клетка может формироваться уникальным образом. Новый метод уже показал, что многие метки метилирования, которые различаются между отдельными клетками, точно расположены в сайтах, контролирующих активность генов.
Доктор Гэвин Келси сказал: "Наша работа является доказательством того, что крупномасштабный одноклеточный эпигенетический анализ возможен, чтобы помочь нам понять, как эпигенетические изменения контролируют эмбриональное развитие. Применение одноклеточных подходов к эпигенетическому пониманию выходит далеко за рамки фундаментальных биологических исследований. Будущие клинические применения могут включать анализ отдельных раковых клеток, чтобы предоставить врачам информацию для адаптации лечения, и улучшения в лечении бесплодия за счет понимания потенциала эпигенетических ошибок в технологиях вспомогательной репродукции."