O nouă tehnică de arhivare dezvăluie activitatea genetică anterioară în celule
Informațiile despre ce a făcut o celulă cu câteva ore sau zile în urmă sunt, în general, inaccesibile cercetătorilor, care pot măsura doar starea actuală a celulei.
Aceasta reprezintă o problemă în înțelegerea modului în care apar răspunsurile imune sau de ce anumite celule canceroase supraviețuiesc tratamentului.
Este esențial să se cunoască genele active într-o celulă, deoarece acest lucru oferă cercetătorilor perspective importante asupra funcționării celulelor și a organismului. Pentru a realiza acest lucru, ei măsoară moleculele de ARN, care sunt transcrieri ale genelor active, dar oferă doar o imagine de moment. Aceasta înseamnă că cercetătorii pot înregistra activitatea genelor doar în momentul măsurării. Mai mult, fiecare celulă poate fi măsurată o singură dată, deoarece celula este distrusă în timpul colectării și măsurării ARN-ului.
Recent, cercetătorii de la Departamentul de Științe ale Biosistemelor și Ingineriei de la ETH Zurich din Basel au dezvoltat o metodă care permite arhivarea moleculelor de ARN din celule. Aceasta le oferă pentru prima dată posibilitatea de a examina nu doar starea curentă a unei celule, ci și de a reconstrui care gene au fost active în trecut.
„Nu mai vezi că răspunsul a avut loc”
„Printre altele, această privire în trecut este interesantă deoarece ne spune despre răspunsurile de scurtă durată ale unei celule – dintre care există multe. Răspunsurile imune și cele de stres sunt doar câteva exemple”, explică Christopher Reinkemeier, un postdoc în grupul condus de profesorul ETH Randall Platt. În aceste răspunsuri de scurtă durată, un stimul extern activează gene specifice. De îndată ce stimulul a trecut, celula dezactivează din nou aceste gene.
În cadrul unui studiu, cercetătorii din Basel au demonstrat cum celulele umane dintr-o cultură celulară reacționează la o moleculă de semnalizare a sistemului imunitar. „Dacă măsori prea târziu cu metoda convențională, nu mai vezi că răspunsul a avut loc”, spune Marcos Manero Carranza, un student doctorand în grupul lui Platt și primul autor al studiului alături de Reinkemeier.
Cum funcționează arhiva ARN
Pentru arhiva ARN din interiorul celulelor, cercetătorii trebuie să captureze moleculele de ARN și să le protejeze împotriva descompunerii naturale. Aceasta deoarece moleculele de acest tip nu sunt concepute să dureze mult.
Printre altele, oamenii de știință realizează acest lucru folosind o proteină care apare în mod natural în granulele de stres – acumulări de ARN care se formează în celule în condiții de stres, cum ar fi în timpul unei infecții. În astfel de situații, celula oprește temporar părți din metabolismul său și salvează moleculele de ARN pentru utilizare ulterioară.
Cercetătorii au preluat această proteină din granulele de stres și alte două proteine, optimizându-le prin biotehnologie. Astfel, au creat un sistem care concentrează moleculele de ARN ale unei celule într-un film în jurul mitocondriilor celulei, protejându-le de enzimele naturale din celule care descompun ARN-ul. Oamenii de știință introduc planurile pentru cele trei proteine optimizate în celule prin plasmide, iar celulele își asamblează apoi sistemul de arhivare în interiorul lor. Acest sistem permite arhivarea a câteva mii de molecule de ARN per celulă pe parcursul a câteva zile.
Investigarea recurenței cancerului
Noua metodă ar putea fi utilizată pentru a detecta evenimente rare în celule, ceea ce este deosebit de util dacă cercetătorii descoperă doar ulterior care celule sunt de interes pentru ei. În astfel de cazuri, ei pot selecta aceste celule și pot folosi arhiva ARN pentru a investiga care gene au fost active anterior în interiorul lor.
Cercetătorii au solicitat un brevet pentru noua tehnologie și doresc să o dezvolte în continuare cu privire la aplicații viitoare în studiul animalelor și în cercetarea cancerului.
Una dintre posibilele aplicații se referă la celulele tumorale care supraviețuiesc unei cure de chimioterapie. Aceste celule pot contribui ulterior la recurența cancerului. În prezent, este foarte dificil să se investigheze care celule vor supraviețui tratamentului și cum s-au dezvoltat anterior.
Ce celule vor deveni aceste celule persistente nu se știe dinainte și este slab înțeles. Dacă putem folosi sistemul nostru în cercetarea cancerului, vom putea izola celulele persistente și să studiem trecutul lor. Acest lucru ne va permite să investigăm modul în care se formează și se dezvoltă aceste celule și ar putea deschide calea pentru progrese decisive în cercetarea cancerului.”
