Такая упаковка эффективна и представляет большую проблему для ученых — важные части генома могут быть глубоко спрятаны. Клетка кожи все еще несет в себе информацию о том, как быть нейроном, но она лежит глубоко, поскольку постоянный быстрый доступ к этим данным клетке не нужен. Поэтому исследователям сложно добраться до нужного участка методами генной инженерии.
Перепрограммирование клеток методами генной инженерии меняет их тип. Генетики могут получить из клеток кожи пациента нейроны, вырастить клетки сердечной мышцы, кишечника или других органов для клинических исследований, проверки действия лекарств и их побочных эффектов, а также создать ткани, которые иммунная система пациента отторгает с меньшей вероятностью, чем донорские.
Пока такие операции с клетками не очень эффективны. В экспериментах на клетках мышей единичные проценты клеток претерпевают нужные преобразования, клетки человека показывают эффективность меньше процента.
Биологи нашли способ увеличить вероятность удачной работы метода CRISPRa. CRISPRa, в отличие от обычного CRISPR, не разрезает геном. Инструмент подводят к нужному участку с помощью РНК. В новой работе генетики сжали клетки на миллисекунды, заставив пройти через отверстие, сравнимое размерами с ядром этой клетки. В результате механического воздействия преобразование клеток кожи в нейроны стало эффективнее. Детали исследования опубликованы в журнале Matter.
Генетики работали с клетками кожи мышей. К ним доставили CRISPRa и направляющие РНК в виде короткоживущих молекул. Через сутки клетки пропустили через микрофлюидный чип с каналами, диаметр которых был меньше размера ядра клетки. Прохождение через такой канал сжало и деформировало клетки. После ученые оценили эффективность превращения клеток в нейроны.
Авторы статьи дали своему методу имя «механически усиленная активация через CRISPR» (mechanically enhanced CRISPR-mediated activation, MECA). Он повысил активность множества генов, включая Ascl1 и Brn2, которые могут подталкивать клетку кожи к преобразованию в нейрон. Простой CRISPRa превращал около трех процентов клеток кожи в нейроны, MECA — около 10 процентов.
На следующем шаге исследования генетики применили MECA к клеткам кожи, целясь в ген Oct4, который помогает стволовым клеткам оставаться в состоянии готовности к преобразованию в другие типы клеток. После такой предварительной обработки намного больше клеток кожи включили Oct4 и стали больше похожи на стволовые клетки, не становясь ими полностью. Большее их количество стало активно делиться, а ДНК оказалась свернута менее плотно.
Затем ученые повторили процесс, таргетируясь на Ascl1 и Brn2. В результате из кожи в нейроны превратилось примерно 40 процентов клеток. Двухшаговый MECA-подход повысил процент успешных превращений с трех до 40.
Исследователи продолжат работу с MECA на человеческих клетках. Они считают, что научному сообществу в целом стоит обращать больше внимания на то, как механические воздействия влияют на отдельные клетки совместно с химическими и биологическими факторами.