Boli precum cancerul și tulburările neurodegenerative încep adesea cu greșeli genetice, dar transformarea acestor cunoștințe în tratamente eficiente a fost, istoric, ca și cum ai încerca să repari o mașină când ai identificat 300 de piese defecte diferite, fiecare făcând altceva. Un nou studiu publicat în *Nature* introduce o soluție potențială: o platformă numită PerturbFate, care poate urmări sistematic modul în care modificările genetice legate de boli alterează celulele și poate identifica unde converg în cele din urmă aceste modificări.

„Ne concentrăm aici pe rezistența la medicamente în cancer, dar lucrarea pornește de la o întrebare mai amplă: odată ce știi că o boală este asociată cu sute de gene, cum proiectezi o singură terapie care să o vizeze?” spune Junyue Cao, șeful Laboratorului de Genomică Unicelulară și Dinamica Populațiilor. „Ne-am întrebat dacă toate aceste gene diferite nu cumva sunt mediate de o semnalizare comună în aval, pe care am putea să o descoperim și să o vizăm în schimb.”

Progresele în secvențierea genetică au permis oamenilor de știință să identifice un număr mare de mutații asociate bolilor, dar acest progres a creat o nouă provocare majoră: genele implicate îndeplinesc adesea funcții foarte diferite în interiorul celulelor, inclusiv controlul activității genelor și gestionarea căilor de semnalizare celulară. Din cauza acestei complexități, proiectarea de tratamente care să abordeze multe mutații simultan a fost dificilă. Cao a bănuit că aceste mutații aparent fără legătură ar putea să nu acționeze de fapt independent – ele s-ar putea canaliza în programe comune în aval care determină în cele din urmă comportamentul celulelor. Dacă acest lucru ar fi adevărat, oamenii de știință nu ar mai fi nevoiți să vizeze fiecare mutație separat; s-ar putea concentra pe noduri de reglare comune care controlează procesul bolii.

Pentru a testa acest lucru, echipa a avut nevoie de un sistem capabil să compare multe perturbări genetice în același timp, monitorizând în detaliu modul în care fiecare remodela o celulă. Tehnologiile existente puteau capta doar o parte a imaginii, măsurând adesea un singur strat al activității celulare o dată sau pierzând modul în care activitatea genelor se schimbă dinamic în timp. Studentul absolvent Zihan Xu a dezvoltat PerturbFate pentru a depăși aceste limitări, permițând cercetătorilor să observe cum diferite perturbări genetice alterează celulele în timp real, urmărind simultan accesibilitatea ADN-ului și producția de ARN. Deoarece aceste măsurători sunt colectate în aceeași celulă unică, sistemul poate dezvălui rețelele de gene care controlează comportamentul celular și poate identifica unde mutații distincte produc aceleași efecte în aval.

Pentru a testa platforma, cercetătorii s-au orientat către melanom, unde multe mutații diferite pot produce rezistență la tratament. Echipa a selectat 143 de gene asociate anterior cu rezistența la medicamentul Vemurafenib și le-a dezactivat sistematic în celule de melanom. PerturbFate a monitorizat apoi cum fiecare perturbare a schimbat comportamentul celular în timp. Prin marcarea ARN-ului nou produs, cercetătorii au putut separa activitatea genică proaspătă de semnalele moleculare mai vechi. Profilarea unicelulară le-a permis, de asemenea, să urmărească ce gene erau active, ce regiuni ale ADN-ului deveneau accesibile și cum evoluau aceste schimbări.

După examinarea a peste 300.000 de celule, cercetătorii au descoperit că multe mutații diferite împingeau în mod constant celulele de melanom în aceeași stare de rezistență la medicamente. Când echipa a vizat punctele comune de control reglator care conduc această stare, rezistența la medicamente a scăzut semnificativ, sugerând o strategie promițătoare pentru terapiile combinate. Studiul a scos la iveală și un detaliu important legat de Complexul Mediator, o structură celulară care ajută la reglarea activității genelor. Cercetătorii au descoperit că perturbarea diferitelor părți ale acestui complex poate declanșa rezistența la medicamente prin căi biologice complet diferite, dar aceste căi convergeau totuși către același semnal de supraviețuire a melanomului cunoscut sub numele de VEGFC. Când cercetătorii au blocat VEGFC, celulele de melanom rezistente nu au mai putut crește.

„Captăm nu doar expresia genelor, ci și dinamica ARN-ului și starea cromatinei”, spune Cao. „