Các tế bào của một cơ thể mang bộ DNA gần như giống nhau, nhưng hoạt động khác nhau. Điều này đặc biệt rõ ràng trong não: các vùng khác nhau của não kích hoạt các gen khác nhau và đảm nhận các nhiệm vụ khác nhau. Một trong những vai trò then chốt ở đây thuộc về các biến đổi hóa học của DNA và RNA — những dấu hiệu đặc biệt ảnh hưởng đến cách tế bào đọc thông tin di truyền.
Vấn đề là mô thường được phân tích như một mẫu duy nhất trong thời gian dài. Cách tiếp cận này thuận tiện, nhưng nó xóa nhòa những khác biệt quan trọng giữa các vùng lân cận.
Hãy tưởng tượng một kho lưu trữ cổ đại, nơi mỗi cuộn giấy được đánh dấu bằng các ký hiệu chỉ nhìn thấy dưới ánh sáng đặc biệt. Những dấu hiệu này gợi ý cách đọc văn bản. DREAMS hoạt động tương tự: nó chiếu sáng các đặc điểm phân tử của tế bào và cho thấy chính xác nơi các tín hiệu liên quan đến việc đọc thông tin di truyền được phân bố trong mô. Đây không chỉ là một công cụ kỹ thuật mới — nó có thể giúp nghiên cứu các bệnh biểu sinh theo cách mới.
Phương pháp DREAMS — DNA RNA Elements Areal Mass Spectrometry — được trình bày trên tạp chí Nature Cell Biology. Nó thêm chiều không gian vào dữ liệu phân tử. Nền tảng của nó là hình ảnh khối phổ: một dòng các giọt siêu nhỏ tích điện chiết xuất các phân tử từ bề mặt của một lát mô mỏng, sau đó thiết bị xác định thành phần của chúng.
Các nhà nghiên cứu quan tâm đến các nucleoside biến đổi tự do — sản phẩm phân hủy và tái tạo của DNA và RNA. Sự phân bố của chúng có thể gián tiếp chỉ ra trạng thái của các biến đổi tương ứng. Tuy nhiên, DREAMS không hiển thị trực tiếp dấu hiệu trên một đoạn cụ thể của phân tử và không thay thế giải trình tự. Điểm mạnh của nó nằm ở chỗ khác: phương pháp này cho phép nhanh chóng tìm thấy các vùng có cấu trúc phân tử bất thường và chọn chúng để phân tích chi tiết hơn.
Khi DREAMS được áp dụng cho não chuột, nó đã phát hiện ra sự không đồng nhất đáng chú ý. Các vùng não khác nhau chứa các bộ nucleoside biến đổi khác nhau, bao gồm 5-methylcytosine và các hợp chất hiếm hơn. Kết quả là, bức tranh trung bình của toàn bộ mô đã phân rã thành nhiều cảnh quan phân tử riêng biệt.
Dữ liệu đặc biệt thú vị thu được từ động vật có hoạt động của các enzyme thuộc họ TET bị suy giảm. Các enzyme này tham gia vào quá trình chuyển đổi các dạng biến đổi của cytosine và giúp điều hòa trạng thái biểu sinh của DNA. Tuy nhiên, DREAMS cho thấy những thay đổi không chỉ trong các biến đổi DNA mà còn trong N¹-methyladenosine (m¹A) — một hợp chất chủ yếu liên quan đến RNA.
Những thay đổi về mức m¹A đi kèm với những thay đổi trong transcriptome. Điều này chỉ ra mối liên hệ có thể có giữa các quá trình phụ thuộc TET1 và điều hòa RNA. Nói cách khác, ranh giới giữa biểu sinh học và biểu phiên mã có thể không rõ ràng như người ta vẫn nghĩ.
Nhưng còn quá sớm để đưa ra kết luận quá rộng. Kết quả không chứng minh rằng TET1 điều hòa phổ biến các biến đổi RNA. Nghiên cứu chủ yếu được thực hiện trên mô chuột, và bản thân các tín hiệu DREAMS không cho thấy mối quan hệ nhân quả. Cũng có những hạn chế kỹ thuật: các phân tử có tính chất tương tự có thể khó phân biệt, và các biến đổi hiếm có thể nằm dưới ngưỡng phát hiện. Do đó, dữ liệu thu được cần được xác nhận bằng giải trình tự và các phương pháp khác.
DREAMS có lẽ sẽ mang lại lợi ích lớn nhất khi kết hợp với transcriptomics, lập bản đồ loại tế bào và các công nghệ sinh học không gian khác. Cách tiếp cận tổng hợp như vậy sẽ cho phép liên kết các thay đổi phân tử không chỉ với toàn bộ cơ quan mà còn với một vùng mô cụ thể và môi trường tế bào của nó.
DREAMS phản ánh sự chuyển hướng chung của sinh học hiện đại — từ các chỉ số trung bình sang các bản đồ không gian chi tiết. Giờ đây, điều quan trọng không chỉ là biết điều gì đã thay đổi trong DNA, biểu sinh hoặc RNA, mà còn là chính xác nơi điều đó xảy ra. Phương pháp này cho thấy rõ ràng: ngay cả một mô cũng có thể bao gồm nhiều cảnh quan phân tử khác nhau, hoàn toàn biến mất khi phân tích mẫu trung bình.
