Новый метод высокопроизводительного скрининга лекарств

В настоящее время для оценки воздействия лекарственных препаратов на клетки используют грубые критерии: выживаемость, пролиферация или изменение формы клеток. Другой подход основан на анализе узкоспецифичных молекулярных признаков, например, блокировки работы конкретного фермента. При таком скрининге механизмы воздействия химического соединения на клетку остаются вне поля внимания. Неучтенные нюансы изменения клеточной регуляции могут вылиться в побочные эффекты при приеме лекарств.

Группа ученых из США разработала новую технологию скрининга, закрывающую нишу между двумя существующими подходами. Доказательство концепции было опубликовано в Science на прошлой неделе.

В основе подхода лежит РНК-секвенирование единичных клеток (scRNA-seq). Для адаптации scRNA-seq к высокопроизводительному скринингу применяется так называемое клеточное хеширование — навешивание на клетки уникальных молекулярных меток. В качестве меток используются, к примеру, антитела или модифицированные олигонуклеотиды. Их относительная дороговизна вкупе с высокой стоимостью самого scRNA-seq ограничивает объем скрининга.

Авторы новой статьи удешевили хеширование, навешивая метки из немодифицированных полиаденилированных одноцепочечных ДНК-олигонуклеотидов на ядра клеток. Также экономическую эффективность повысило применение последних достижений в области РНК-секвенирования единичных клеток с использованием комбинаторного индексирования (sci-RNA-seq3). Метод позволяет получать профили миллионов клеток за один эксперимент со стоимостью подготовки библиотек не более одного цента США на клетку. Таким образом, sci-RNA-seq3 позволяет отследить происхождение транскрипта, а хеширование ядер дает информацию о том, какому воздействию подвергалась конкретная клетка.

Ученые назвали новый метод «sci-Plex» и для проверки провели с его помощью высокопроизводительный скрининг 188 химических соединений, нацеленных на различные ферменты или молекулярные пути. В качестве объектов воздействия были выбраны три наиболее изученные человеческие клеточные линии: А549 (легочная аденокарцинома), К562 (хронический миелоидный лейкоз) и MCF7 (рак молочной железы). Каждое вещество использовалось в четырех разных дозах. Авторы получили 649 340 транскриптомных профилей единичных клеток для 4 992 независимо обработанных клеточных популяций.

Анализ данных выявил значительную разницу в реакции некоторых клеток на специфические соединения и общие паттерны у всех клеток в ответ на различные группы химических веществ. Наиболее значимый ответ регистрировался для одного из ингибиторов деацетилаз гистонов (HDAC). Изменения в генной регуляции при воздействии этого соединения соответствовали предположению, что ингибиторы HDAC останавливают пролиферацию раковых клеток, блокируя доступ к энергетическому ресурсу.

Авторы считают, что sci-Plex имеет большие перспективы для фундаментальной и прикладной науки. В частности, метод можно будет использовать для анализа лабораторных моделей, таких, как перепрограммированные клетки или органоиды, а также в биомедицине. Кроме того, sci-Plex может найти применение в биомедицине для картирования клеточных ответов после фармакологических воздействий.

«Sci-Plex — это способ взглянуть на множество образцов за один раз, — говорит Коул Трапнелл, руководитель одной из лабораторий, участвующих в разработке метода. — Раньше мы могли проанализировать миллионы клеток из малого количества образцов. Теперь мы можем обработать миллионы клеток из тысяч или десятков тысяч образцов».