Ученые из Питтсбургского университета разработали новую флуоресцентную метку, которая дает более четкое представление о том, как нарушается архитектура ДНК в раковых клетках. Полученные результаты могут улучшить диагностику рака у пациентов и классификацию риска развития онкологии в будущем. Работа была опубликована в журнале Science Advances.
Исследование показало, что ДНК-связывающий краситель хорошо работает в обработанных клинических образцах тканей и позволяет получать высококачественные изображения с помощью флуоресцентной микроскопии сверхразрешения.
“Моя лаборатория занимается разработкой методов микроскопии для визуализации невидимого, – рассказывает старший автор исследования Ян Лю, доцент кафедры медицины и биоинженерии. – Мы являемся одной из первых групп, исследующих потенциал микроскопии сверхразрешения в клинической области. Ранее мы улучшили ее пропускную способность и надежность для анализа клинических образцов рака. Теперь у нас есть краситель ДНК, который легко использовать, что решает еще одну большую проблему внедрения этой технологии в лечение пациентов”.
Внутри клеточного ядра нити ДНК наматываются на белки, как бусины на нитку. Специалисты обычно используют традиционные световые микроскопы для визуализации нарушений этого ДНК-белкового комплекса или хроматина в качестве маркера рака или предраковых поражений.
Изобретение флуоресцентной микроскопии сверхразрешения, получившее Нобелевскую премию в 2014 году, стало важным шагом к воплощению замысла Лю в реальность. Интересующая нас молекула помечается специальным флуоресцентным красителем, который вспыхивает и гаснет, как мигающая звезда. В отличие от традиционной флуоресцентной микроскопии, в которой используются метки, светящиеся непрерывно, этот подход предполагает включение только части меток в любой момент времени. При наложении нескольких изображений можно восстановить полную картину – с гораздо более высоким разрешением, чем это было возможно ранее.
Проблема до сих пор заключалась в том, что флуоресцентные красители плохо работают на ДНК или в обработанных клинических образцах рака. Поэтому Лю и ее команда создали новую метку под названием Hoechst-Cy5, сочетающую ДНК-связывающую молекулу Cy5 и флуоресцентный краситель Hoechst с идеальными свойствами мерцания для микроскопии сверхразрешения.
Показав, что новая метка дает изображения с более высоким разрешением, чем другие красители, исследователи сравнили ткани толстой кишки с нормальными, предраковыми и раковыми поражениями. В нормальных клетках хроматин плотно упакован, особенно по краям ядра. Конденсированная ДНК светится ярко, поскольку большая плотность меток дает более сильный сигнал, тогда как плохо упакованный хроматин дает более тусклый сигнал.
На изображениях видно, что по мере прогрессирования рака хроматин становится менее плотно упакованным, а компактная структура на границе ядра сильно нарушена.
