Komórki jednego organizmu niosą prawie identyczny zestaw DNA, ale działają różnie. Szczególnie dobrze widać to w mózgu: jego różne obszary włączają różne geny i odpowiadają za różne zadania. Kluczową rolę odgrywają tu chemiczne modyfikacje DNA i RNA – swoiste znaczniki, które wpływają na to, jak komórka odczytuje informację genetyczną.
Problem polega na tym, że tkankę przez długi czas często analizowano jako jedną próbkę. Takie podejście jest wygodne, ale zaciera ważne różnice między sąsiednimi obszarami.
Wyobraźmy sobie starożytne archiwum, w którym każdy zwój jest oznaczony symbolami widocznymi tylko w specjalnym świetle. Te znaki podpowiadają, jak czytać tekst. DREAMS działa podobnie: podświetla molekularne cechy komórek i pokazuje, gdzie dokładnie w tkance rozmieszczone są sygnały związane z odczytywaniem informacji genetycznej. To nie tylko nowe narzędzie techniczne – może pomóc w nowy sposób badać choroby epigenetyczne.
Metoda DREAMS – DNA RNA Elements Areal Mass Spectrometry – została przedstawiona w czasopiśmie Nature Cell Biology. Dodaje ona do danych molekularnych wymiar przestrzenny. U jej podstaw leży obrazowanie spektrometrią mas: strumień naładowanych mikrokropelek wyciąga cząsteczki z powierzchni cienkiego skrawka tkanki, po czym przyrząd określa ich skład.
Naukowców interesują wolne zmodyfikowane nukleozydy – produkty rozpadu i odnowy DNA i RNA. Ich rozmieszczenie może pośrednio wskazywać na stan odpowiednich modyfikacji. Przy tym DREAMS nie pokazuje znacznika bezpośrednio na konkretnym fragmencie cząsteczki i nie zastępuje sekwencjonowania. Jego mocną stroną jest co innego: metoda pozwala szybko znajdować obszary o nietypowym profilu molekularnym i wybierać je do bardziej szczegółowej analizy.
Gdy DREAMS zastosowano do mózgu myszy, ujawnił zauważalną niejednorodność. Różne obszary mózgu zawierały różne zestawy zmodyfikowanych nukleozydów, w tym 5-metylocytozynę i rzadsze związki. W rezultacie uśredniony obraz całej tkanki rozpadł się na kilka niezależnych krajobrazów molekularnych.
Szczególnie interesujące dane uzyskano u zwierząt z zaburzoną pracą enzymów z rodziny TET. Enzymy te uczestniczą w przekształcaniu zmodyfikowanych form cytozyny i pomagają regulować stan epigenetyczny DNA. Jednak DREAMS pokazał zmiany nie tylko w modyfikacjach DNA, ale także w N¹-metyladenozynie (m¹A) – związku, który jest głównie związany z RNA.
Zmiany poziomu m¹A towarzyszyły zmianom transkryptomu. To wskazuje na możliwy związek między procesami zależnymi od TET1 a regulacją RNA. Innymi słowy, granica między epigenomiką a epitranskryptomiką może nie być tak wyraźna, jak się powszechnie uważa.
Ale wyciąganie zbyt daleko idących wniosków jest na razie przedwczesne. Wyniki nie dowodzą, że TET1 uniwersalnie reguluje modyfikacje RNA. Badanie przeprowadzono głównie na tkankach myszy, a sygnały DREAMS same w sobie nie pokazują związków przyczynowo-skutkowych. Istnieją też ograniczenia techniczne: cząsteczki o podobnych właściwościach bywają trudne do rozróżnienia, a rzadkie modyfikacje mogą znajdować się poniżej progu wykrywalności. Dlatego uzyskane dane należy potwierdzać sekwencjonowaniem i innymi metodami.
Największą korzyść DREAMS prawdopodobnie przyniesie w połączeniu z transkryptomiką, mapowaniem typów komórek i innymi technologiami biologii przestrzennej. Takie kompleksowe podejście pozwoli powiązać zmiany molekularne nie tylko z organem jako całością, ale z konkretnym fragmentem tkanki i jego komórkowym otoczeniem.
DREAMS odzwierciedla ogólny zwrot współczesnej biologii – od średnich wskaźników do szczegółowych map przestrzennych. Teraz ważne jest, aby wiedzieć nie tylko, co zmieniło się w DNA, epigenomie czy RNA, ale także gdzie dokładnie to nastąpiło. Metoda wyraźnie pokazuje: nawet jedna tkanka może składać się z wielu różnych krajobrazów molekularnych, które całkowicie znikają podczas analizy uśrednionej próbki.
