Анализируя экспрессию генов в отдельных клетках, алгоритмы могут не только реконструировать их исходное местоположение в ткани, но также определять детали их функции. Команды во главе с Каем Шмидт-Оттом и Николаусом Раевски опубликовали свои выводы в JASN , используя в качестве примера почку.
Чтобы точно выяснить, что происходит в конкретной клетке, ученые изучают ее транскриптом — совокупность всех генов , которые экспрессируются и транскрибируются в РНК в определенный момент времени. Сегодня секвенирование одноклеточной РНК позволяет одновременно анализировать профили экспрессии многих тысяч клеток. Но этот метод требует, чтобы клетки сначала были отделены от их клеточного агрегата, что приводит к потере информации об исходном местоположении клетки в ткани.
Тем не менее, экспрессия генов позволяет реконструировать эту информацию биоинформатически. «Мы хотели знать, могут ли алгоритмы , помимо обеспечения реконструкции пространственного расположения клеток , также использоваться для получения функциональной информации от секвенирования отдельных клеток, например, об условиях окружающей среды для клеток почек», — говорит д-р. Кристиан Хинце из Charite — Universitaetsmedizin Berlin и Лаборатории молекулярных и трансляционных исследований почек Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка Ассоциации Гельмгольца (MDC). Он является первым автором исследования, которое теперь опубликовано в Журнале Американского общества нефрологов (JASN) .
Гетерогенный орган
В пространственном отношении почки млекопитающих очень неоднородны. Эти два бобовидных органа состоят из почечной коры, а также внешнего и внутреннего мозгового вещества почек. Внутренний мозговой слой почек — это место, где после различных процессов фильтрации образуется моча с высокой концентрацией, которая затем выводится через мочеточник и мочевой пузырь. «Например, в почках мыши обнаружено более 15 различных типов клеток, а некоторые присутствуют во всех трех областях почек», — говорит Хинце. Думаете, это звучит как неразрешимая головоломка? На самом деле это не так. Потому что микросреда, в которой живет клетка, также отражается на экспрессии ее генов.
Еще в 2019 году команда во главе с профессором Николаусом Раевски, научным директором Берлинского института медицинской системной биологии (BIMSB) при MDC и одним из последних авторов настоящего исследования, разработала программу NovoSpaRc, которая позволяет пространственное расположение клеток внутри органа. быть реконструированным на основе экспрессии генов. В первоначальных исследованиях исследователи обнаружили, что клетки, расположенные близко друг к другу, также похожи друг на друга с точки зрения активности определенных генов. «Это потому, что они должны работать в одной среде», — объясняет Хинце. «Например, во внутреннем мозговом веществе почек условия намного тяжелее, чем в почечной коре. Это связано с осмоляльностью окружающей среды, т. Е. Концентрацией растворенных веществ в клетке».
Загрузка...
