O metodă de arhivare a ARN-ului dezvăluie ce a făcut o celulă cu zile în urmă
Cercetătorii pot măsura de obicei doar starea prezentă a unei celule, nu și ceea ce s-a întâmplat în ea cu câteva ore sau zile înainte. Această limitare devine problematică atunci când scopul este înțelegerea modului în care apar răspunsurile imunitare sau a motivului pentru care anumite celule canceroase supraviețuiesc tratamentului.
Pentru a afla care gene sunt active într-o celulă, oamenii de știință măsoară moleculele de ARN, care sunt transcrieri ale genelor active. Însă aceste măsurători oferă doar o imagine de moment a activității genice, iar fiecare celulă poate fi analizată o singură dată, deoarece este distrusă în timpul recoltării și măsurării ARN-ului.
O echipă de cercetători de la Departamentul de Științe ale Sistemelor Biologice și Ingineriei al ETH Zurich, cu sediul la Basel, a dezvoltat o metodă prin care moleculele de ARN pot fi arhivate în interiorul celulelor. Pentru prima dată, aceasta permite nu doar examinarea stării actuale a unei celule, ci și reconstruirea genelor care au fost active în trecut. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Biotechnology.
Captarea răspunsurilor celulare de scurtă durată
„Printre altele, această privire în trecut este interesantă pentru că oferă informații despre răspunsurile de scurtă durată ale unei celule, care sunt numeroase. Răspunsurile imunitare și cele la stres sunt doar câteva exemple”, explică Christopher Reinkemeier, postdoctorand în grupul condus de profesorul ETH Randall Platt.
În cadrul acestor răspunsuri de scurtă durată, un stimul extern activează anumite gene, iar imediat ce stimulul dispare, celula oprește din nou aceste gene. Într-un studiu, cercetătorii de la Basel au arătat cum celulele umane dintr-o cultură celulară răspund 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, doctorand în grupul lui Platt și primul autor al studiului, alături de Reinkemeier.
O arhivă protectoare de ARN în jurul mitocondriilor
Pentru arhiva de ARN din interiorul celulelor, cercetătorii trebuie să captureze moleculele de ARN și să le protejeze de degradarea naturală, întrucât astfel de molecule nu durează de obicei mult timp. Pentru aceasta, oamenii de știință folosesc, printre altele, 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 o infecție. În astfel de situații, celula își oprește temporar o parte din metabolism și păstrează moleculele de ARN pentru mai târziu.
Cercetătorii au luat această proteină din granulele de stres și alte două proteine și le-au optimizat prin biotehnologie, creând astfel un sistem care concentrează moleculele de ARN ale celulei într-o peliculă în jurul mitocondriilor, unde le protejează de enzimele care descompun în mod natural ARN-ul. Informațiile pentru cele trei proteine optimizate sunt introduse în celule prin plasmide, iar celulele își construiesc singure sistemul de arhivare. Astfel, pentru fiecare celulă pot fi arhivate câteva mii de molecule de ARN pe parcursul mai multor zile.
Urmărirea trecutului celulelor care supraviețuiesc chimioterapiei
Noua metodă ar putea fi folosită pentru a detecta evenimente rare în celule, ceea ce este util mai ales atunci când cercetătorii află abia retrospectiv care celule îi interesează. În astfel de cazuri, ei pot selecta aceste celule și apoi pot investiga, cu ajutorul arhivei de ARN, care gene au fost active anterior în ele.
Cercetătorii au depus o cerere de brevet pentru noua tehnologie și doresc să o dezvolte în vederea unor aplicații viitoare la animale și în cercetarea cancerului. Un domeniu potențial de aplicare îl reprezintă celulele tumorale care supraviețuiesc unei cure de chimioterapie și care pot contribui ulterior la recidiva cancerului. În prezent, este foarte dificil să se investigheze care celule vor supraviețui tratamentului și cum s-au dezvoltat anterior.
„Care celule se vor transforma în aceste celule persistente nu se știe dinainte și este slab înțeles”, spune Reinkemeier. „Dacă putem folosi sistemul nostru în cercetarea cancerului, vom putea izola celulele persistente și le vom putea investiga trecutul. Acest lucru ne va permite să cercetăm modul în care aceste celule se formează și se dezvoltă și ar putea deschide calea către progrese decisive în cercetarea cancerului.”
