В ядре каждой клетки лежит одна и та же книга — геном. Но читается она по-разному: одни страницы всегда открыты, другие плотно закрыты, а третьи открываются лишь на время. Учёные давно хотели увидеть, как меняется эта открытость с возрастом, но обычные методы либо разрезали книгу на страницы и теряли её облик, либо лишь подсвечивали отдельные закладки, не показывая, насколько свободно листаются страницы.
Новый подход, названный ATAC-see, работает как читатель с фонариком: он подсвечивает именно те места ДНК, куда могут зайти белки-регуляторы. Фермент транспозаза Tn5 с флуоресцентной меткой встраивается только в открытые участки, и под микроскопом они вспыхивают яркими точками. Проблема была в том, что в фиксированных клетках ядро становится похоже на плотно упакованную книгу в целлофане: ферменту трудно проникнуть внутрь. Авторы перебрали условия фиксации и инкубации, как переплётчик подбирает клей и время прессовки, и нашли режим, при котором сигнал становится чётким, а шум уходит.
Когда платформу испытали на клетках кожи от доноров 22, 75 и 96 лет, открылась ясная картина: с возрастом страницы книги становятся всё более развёрнутыми. У пожилых людей хроматин в фибробластах оказался заметно доступнее, чем у молодых. Та же тенденция проявилась у мышей в коже и печени, а вот в сердце доступность, наоборот, слегка снижалась. Клетки с прогерией Хатчинсона-Гилфорда, синдромом преждевременного старения, выглядели так, будто их книга была открыта настежь уже в молодом возрасте.
Раньше, чтобы понять, какие гены активны, приходилось разрушать клетки и читать последовательности ДНК, теряя при этом, где именно в ядре находился каждый участок. Теперь же можно смотреть на целые ткани и видеть, в каких клетках книга открыта, а в каких закрыта. Это особенно важно для будущих терапий омоложения: если мы научимся возвращать клеткам молодую упаковку ДНК, нам понадобится быстрый способ проверять, получилось ли это. Платформа ATAC-see как раз и предлагает такой способ — она показывает, какие страницы генома стали снова закрываться, а какие остались открытыми.
И вот книга возвращается к своему началу: то, что раньше было невидимой упаковкой наследственной информации, теперь можно разглядеть в деталях. Старение оказалось процессом, при котором геном постепенно раскрывается, как книга, которую всё чаще оставляют раскрытой на одной и той же странице. А новый метод позволяет не только увидеть это раскрытие, но и измерить его, чтобы в будущем, возможно, научиться закрывать лишние страницы и возвращать клеткам их молодую собранность.
ATAC-see использует ту же транспозазу Tn5, что и ATAC-seq, но с флуоресцентной меткой: фермент в буквальном смысле «подсвечивает» открытые участки ДНК, позволяя увидеть их в микроскоп.
Идея визуализации эпигенетического состояния клеток перекликается с фильмом «Гаттака», где генетический паспорт определяет судьбу человека. Здесь хроматиновый ландшафт становится видимым маркером возраста и потенциальной обратимости.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.