C помощью новой техники, dubbed intron seqFISH (sequential fluorescence in situ hybridization), получены преимущества. позволившие идентифицировать, что происходит в геноме сотен разных клеток одновременно. Ранее исследователи могли только получать изображения 4-5 генов во время микроскопии клеток. В данной работе продвинулись дальше по сравнению с предыдущими успехами лаб. Cai, включая более раннюю версию seqFISH 2014 г. и исследования 2017, которые позволили получить профили свыше 10000 генов при микроскопии. Увеличение масштаба seqFISH на уровень генома теперь позволяет получать изображения более 10000 генов --почти половины от общего количества генов у млекопитающих -- внутри одной клетки.

Процесс транскрипции генов часто происходит в виде пульсов или "взрывов." Во-первых, ген д. быть считан и скопирован в виде предшественника мРНК или pre-mRNA. Эта молекула затем созревает в мРНК. Во время этого процесса "редактирования" определенные регионы, наз. интронами удаляются из pre-mRNA.

Исследователи сконцентрировались на мечении интронов, поскольку они возникают очень рано в процессе транскрипции, созздавая картину того, что клетка делает в определенный момент генной экспрессии.

Используя вновь разработанную технику seqFISH, каждый интрон метился с помощью уникального флуоресцентного штрих-кода, что позволяло видеть иго в микроскоп. Наблюдение за интронами позволяло определять, какие гены в данный момент включены в индивидуальной клетке, насколько сильно они экспрессируются и где они располагаются. 10421 интронов -- а значит и 10421 ген --может быть изображен в данный момент.

Предыдущая работа, которая разработала технику штрихового кодирования, была сфокусирована на мечении самих мРНК, осуществляла измерения того, как меняется экспрессия генов в течение нескольких часов по мере развития мРНК. Наблюдения за интронами позволили исследователям изучать впервые т. наз. зарождающийся транскриптом -- вновь запускаемую генную экспрессию. Это привело к открытию, что транскрипция генов осциллирует глобально во многих генах на "удивительно короткой" временной шкале -- приблизительно в 2 часа --что сравнимо по времени в течение которого клетка делится и реплицирует саму себя, это занимает от 12 до 24 ч. Это означает, что в течение 2-часового периода многие гены внутри клетки взрывообразно включаются и выключается.

Имеется несколько причин, почему феномен осцилляций не наблюдался ранее. Во-первых, потому, что эти двухчасовые осцилляции не синхронизированы у разных клеток, флюктуации усредняются. Во-вторых, высокая аккуратность метода seqFISH позволила исследователям убедиться с определенностью, что то что они наблюдают представляет собой реальную биологическую флуктуацию скорее, чем технический шум. Наконец, эти двухчасовые осцилляции наблюдаются, когда измеряется скорее мРНК, а не интроны, поскольку молекулы мРНК имеют более продолжительный период жизни, от 3-х до 5 часов в клетках млекопитающих.

Кроме того, поскольку интроны останавливаются, когда ге физически локализован, флуоресцентное изображение интрона позволило исследователям визуализовать где гены расположены внутри хромосом, которые находятся в ядрах клеток. Исследователи были удивлены, обнаружив, что наиболее активные белок-кодирующие гены расположены на поверхности хромосомы, на не заключены внутри её.

"Эта техника может быть применена к любой ткани," sговорит Cai, который участвовал в составлении атласа Human Cell Atlas, чтобы определить все типы клеток в теле человека. "seqFISH интронов может помочь идентифицировать типы клеток и также то, что делают клетки помимо наблюдения структуры хромосом в той же самой клетке."