Cercetătorii de la Institutul Salk au dezvoltat o tehnică revoluţionară numită Telo-seq, care ar putea revoluţiona cunoştinţele despre telomeri, capetele protectoare de la capetele cromozomilor umani.
Telomerii joacă un rol cheie în menţinerea integrităţii materialului genetic uman, însă oamenii de ştiinţă care au încercat să îi studieze în detaliu s-au lovit de provocări legate de lungimea acestora şi natura lor repetitivă.
Telo-seq depăşeşte aceste obstacole prin combinarea unei abordări inteligente de biologie moleculară cu tehnologia de ultimă generaţie de secvenţiere cu citire lungă.
Ce este mai exact Telo-seq?
În esenţă, este o metodă care permite cercetătorilor să secvenţieze şi să analizeze telomerii întregi, împreună cu o parte din ADN-ul subtelomeric adiacent, la un nivel de rezoluţie fără precedent.
Tehnica implică ataşarea unor adaptoare specializate la telomeri, digerarea ADN-ului înconjurător, lăsând telomerii intacţi, şi apoi utilizarea secvenţierii cu citire lungă dezvoltată de compania britanică, Oxford Nanopore Technologies, pentru a citi secvenţele telomerice lungi şi repetitive.
Instrumentele computaţionale puternice ajută apoi la identificarea şi caracterizarea telomerilor în cadrul abundenţei de date generate.
Această abordare inovatoare, publicată miercuri în revista Nature Methods, le permite oamenilor de ştiinţă să cerceteze compoziţia şi lungimea telomerilor într-un mod imposibil de realizat până acum.
Prin faptul că oferă o imagine de înaltă rezoluţie a acestor structuri cruciale, Telo-seq facilitează o privire asupra dinamicii complexe a telomerilor în timpul dezvoltării umane, îmbătrânirii şi bolilor.
Oamenii de ştiinţă au demonstrat capacităţile Telo-seq pe o serie de tipuri de celule, inclusiv celule canceroase, celule îmbătrânite şi chiar celule stem pluripotente induse.
Descoperirile lor dezvăluie variaţii izbitoare ale lungimii telomerilor nu numai între diferite tipuri de celule, ci şi între braţele individuale de cromozomi şi chiar între alelele maternă şi paternă ale aceluiaşi cromozom.
Puterea Telo-seq constă în combinaţia sa unică de tehnici de biologie moleculară şi tehnologie avansată de secvenţiere. Procesul începe prin ataşarea unor adaptoare specializate la telomeri, care servesc drept mânere moleculare pentru etapele următoare. ADN-ul este apoi digerat cu enzime care taie în locuri specifice, lăsând telomerii intacţi.
În continuare, cercetătorii folosesc secvenţierea cu citire lungă, care permite citirea unor porţiuni mult mai lungi de ADN în comparaţie cu metodele tradiţionale de secvenţiere. Acest lucru este crucial pentru a măsura cu exactitate lungimea telomerilor, care se poate extinde pe mii de perechi de baze. În cele din urmă, se folosesc algoritmi computaţionali sofisticaţi pentru a identifica şi analiza secvenţele telomerice în cadrul cantităţii mari de date generate de procesul de secvenţiere.
Aplicând Telo-seq la o gamă diversă de tipuri de celule, cercetătorii au descoperit o serie de noi informaţii despre biologia telomerilor.
Ei au descoperit că lungimea telomerilor poate varia dramatic între diferite braţe de cromozomi din cadrul aceleiaşi celule, unii telomeri fiind de până la trei ori mai lungi decât alţii.
Chiar mai surprinzător, au descoperit că alelele maternă şi paternă ale aceluiaşi cromozom pot avea lungimi semnificativ diferite ale telomerilor.
Echipa a urmărit, de asemenea, dinamica telomerilor în timpul procesului de îmbătrânire, dezvăluind un declin constant al lungimii telomerilor odată cu creşterea dublării populaţiei de celule în cultură.
În mod remarcabil, Telo-seq a fost suficient de sensibilă pentru a detecta scurtarea telomerilor în celule care aveau doar cinci dublări ale populaţiei, demonstrând potenţialul său pentru o analiză fină a proceselor de îmbătrânire.
Într-o aplicaţie la biologia cancerului, cercetătorii au folosit Telo-seq pentru a compara telomerii în celulele canceroase. Acestea îşi menţin telomerii prin mecanisme diferite. Ei au descoperit că Telo-seq poate face o distincţie fiabilă între celulele care utilizează enzima telomerază şi cele care se bazează pe calea alternativă de alungire a telomerilor (ALT), o informaţie crucială pentru dezvoltarea unor terapii ţintite împotriva cancerului.
Limitări
Deşi Telo-seq reprezintă un progres major în cercetarea telomerilor, autorii recunosc unele limitări ale studiului actual.
Acurateţea măsurării lungimii telomerilor pentru braţe cromozomiale specifice depinde de mai mulţi factori, inclusiv de lungimea secvenţei subtelomerice, de similitudinea acesteia cu alţi subtelomeri şi de cât de mult se potriveşte eşantionul cu genomul de referinţă utilizat pentru cartografierea citirilor de secvenţiere.
În plus, cercetătorii notează că, pentru a compara în mod cuprinzător lungimile telomerilor între braţele cromozomiale dintr-o populaţie, va fi nevoie de o cohortă mai mare şi mai diversă de eşantioane.
De asemenea, aceştia subliniază că Telo-seq oferă în prezent o imagine instantanee a lungimii telomerilor într-un singur moment, iar pentru a urmări dinamica telomerilor în timp real în cadrul celulelor vii vor fi necesare dezvoltări ulterioare.
Începe revoluţia telomerilor
Dezvoltarea Telo-seq marchează începutul unei noi ere în cercetarea telomerilor, una în care oamenii de ştiinţă pot cerceta complexitatea acestor structuri vitale cu o precizie fără precedent.
Prin dezvăluirea heterogenităţii surprinzătoare a lungimii telomerilor în cadrul celulelor şi prin furnizarea unui instrument puternic pentru urmărirea dinamicii telomerilor în timpul îmbătrânirii şi al bolii, Telo-seq deschide noi căi interesante pentru cercetarea de bază şi potenţiale aplicaţii clinice.
După cum concluzionează autorii în lucrarea lor, Telo-seq pregăteşte terenul pentru investigarea biologiei telomerilor umani la un nivel de detaliu de neegalat.
De la desluşirea mecanismelor fundamentale ale îmbătrânirii până la dezvoltarea de terapii personalizate pentru tulburările legate de telomeri şi cancer, posibilităţile deblocate de această tehnică inovatoare sunt cu adevărat vaste.
Cu Telo-seq în mână, oamenii de ştiinţă sunt pregătiţi să facă o mulţime de noi descoperiri care ar putea transforma cunoştinţele despre sănătatea şi longevitatea umană.
