Новый инструмент PEtracer отслеживает рост опухолей в пространстве и времени

Каждая опухоль (представлена полосой) состоит из различных групп клеточных популяций (обозначены цветами). Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx3800

Все живые организмы связаны в гигантское генеалогическое древо. То же самое относится и к клеткам внутри организма — каждая из триллионов клеток человеческого тела происходит от оплодотворённой яйцеклетки через последовательные деления. Учёные уже полностью расшифровали клеточное древо у простых организмов, таких как червь C. elegans, но у человека этот процесс намного сложнее.

Ранее исследователи, включая Джонатана Вайсмана из Института Уайтхеда, разрабатывали методы отслеживания клеточных линий, чтобы понять, как клетки формируют ткани, органы и опухоли. Теперь команда Вайсмана создала продвинутый инструмент PEtracer, который не только строит точное древо клеточных делений, но и фиксирует пространственное расположение каждой клетки в ткани.

В исследовании, опубликованном 24 июля в журнале Science, учёные использовали PEtracer для наблюдения за ростом метастатических опухолей у мышей. Комбинируя данные о клеточных линиях и пространственном расположении, они получили детальную картину влияния внутренних и внешних факторов на развитие рака.

«Разработка этого инструмента потребовала междисциплинарного сотрудничества, возможного только в таких местах, как Институт Уайтхеда», — говорит Вайсман, профессор биологии MIT.

Как работает PEtracer

Инструмент отслеживает клеточные линии, добавляя в ДНК короткие маркеры с помощью технологии прайм-редактирования. Каждая клетка сохраняет маркеры предков, что позволяет воссоздать её «семейное древо». Дополнительно PEtracer совместим с методами визуализации и секвенирования, что даёт информацию о пространственном расположении и генной активности клеток.

«Мы смогли увидеть, как клетки движутся во времени и пространстве с высоким разрешением. Это помогает понять, какие факторы влияют на их поведение», — объясняет постдок Люк Коблан.

Что обнаружили учёные

Анализ показал, что опухоли в лёгких мышей состоят из четырёх типов клеточных «окрестностей»:

• Клетки рядом с лёгкими — наиболее «приспособленные» (быстро делятся).
• Клетки на «переднем крае» опухоли — менее агрессивные и более разнообразные.
• Зона с низким содержанием кислорода — вероятно, бывшие клетки переднего края.
• Ядро опухоли — содержит живые, мёртвые клетки и клеточный «мусор».

Оказалось, что поведение раковых клеток больше зависит от их местоположения, чем от «родословной», хотя наследственные факторы (например, экспрессия гена Cldn4) тоже играют роль.

«Изучение опухоли в нескольких измерениях даёт insights, невозможные при ограниченном взгляде. Это поможет создать терапию против самых агрессивных клеточных популяций», — отмечает постдок Кэтрин Йост.

Теперь учёные планируют применить PEtracer для изучения эмбрионального развития и других биологических процессов, а также для обучения ИИ-моделей клеточного поведения.

Дополнительная информация: Luke W. Koblan et al, High-resolution spatial mapping of cell state and lineage dynamics in vivo with PEtracer, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx3800