Біологи з Великобританії отримали повний транскриптом клітин кори головного мозку. За допомогою секвенування третього поколіннями фахівцям вдалося виявити ізоформи РНК генів, пов'язаних з розвитком нейродегенеративних і психіатричних захворювань. Стаття опублікована в журналі.
З розвитком деяких захворювань головного мозку, таких як хвороба Альцгеймера і шизофренія, пов'язані порушення в клітинах процесу, який називається альтернативний сплайсинг. Альтернативний сплайсинг - нормальне явище, яке зачіпає 95 відсотків усіх генів. В результаті нього один ген дає початок кільком різним РНК-продуктам.
РНК, перш ніж вийти з ядра і почати виконувати свою функцію (найчастіше - матриці для синтезу білка), повинна пройти через дозрівання. Сплайсинг - один з етапів дозрівання РНК. При сплайсингу з РНК вирізаються деякі нуклеотидні послідовності, а решта - зшиваються між собой. За рахунок вирізання різних комбінацій послідовностей з одного транскрипту може вийти кілька різних зрілих РНК - ізоформ.
Отримання повного репертуару послідовностей РНК (включаючи продукти альтернативного сплайсингу) в клітинах головного мозку можуть допомогти встановити причини таких захворювань як вже згадані хвороба Альцгеймера і шизофренія. Але до недавнього часу отримання повного транскриптома було обмежено існуючою технологією секвенування РНК. Секвенування РНК передбачає синтез на матриці РНК комплементарної їй одноланцюжкової ДНК (кДНК). Однак фермент зворотна транскриптаза, яка виконує цю операцію, синтезує короткі послідовності, і їх довжини не вистачає, щоб охопити весь транскрипт. Вихідні послідовності РНК потім відновлюють з окремих шматочків, що перекриваються (прочитань). На етапі відновлення послідовностей деякі прочитання відбраковуються через недостатню довжину. В результаті інформація про наявні в клітці РНК виявляється недостатньо повною, щоб однозначно встановити відмінності в профілях РНК у хворих і здорових людей.
Група біологів з Ексетерського Університету під керівництвом Джонатана Мілла (Jonathan Mill) змогла отримати повний транскриптом клітин кори головного мозку, включаючи безліч невідомих раніше продуктів альтернативного сплайсингу. Проблему, пов'язану з недостатньою довжиною прочитань, фахівці вирішили, використавши технологію секвенування третього покоління. Ця технологія дозволяє отримувати прочитання довжиною до 10 тисяч пар підстав. Така довжина прочитань дозволяє охопити всю послідовність РНК, що зменшує втрату інформації через відбракування фрагментів недостатньої довжини. З 13 тисяч генів, що експресуються в клітинах кори головного мозку, приблизно 55 відсотків (близько 7 тисяч) мали більше однієї ізоформи РНК, а 1,5 відсотка - більше 10 ізоформ. Найбільшою кількістю ізоформ (40) ген довга некодуюча РНК, яка пригнічує зростання пухлинних клітин.
Отримані ізоформи вчені також співвіднесли з генами, пов'язаними з розвитком хвороби Альцгеймера, шизофренії та розладів аутичного спектру. Всього таких генів вийшло 610, при цьому з розвитком хвороби Альцгеймера було пов'язано 62 гена, з шизофренією - і 339, а з розвитком розладів аутичного спектру - 393. Цим генам відповідало 2016 ізоформ РНК, з 610 генів 420 володіли більш ніж однією ізоформою. Найбільше ізоформ було у гена, який пов'язаний з розладами аутичного спектру і шизофренією. Автори відзначають, що деякі з цих генів беруть участь у створенні гібридних транскриптів - РНК, що утворюються в результаті злиття шматків послідовностей різних генів.
Дослідження транскриптомів широко застосовуються в біології та медицині. Так, спираючись на дані про експресію, біологи знайшли відмінності мозку людини від інших приматів, а також склали атлас нейронів первинної моторної кори ссавців.