Исторически сложилось так, что в методах выделения ядер для одноядерного секвенирования РНК и ATAC использовались буферы, содержащие детергенты, несовместимые с жидкостной хромато-масс-спектрометрией (LC-MS), распространенным методом, используемым для количественного определения метаболитов16,17. Текущий протокол позволяет комбинировать транскриптомные и метаболомные методы из одной и той же пробоподготовки с использованием щадящего детергента для клеточного фракционирования, а затем с помощью капиллярного электрофореза, метода, который требует меньшего ввода образца по сравнению с жидкостной хроматографией для разделения метаболитов18.
Наиболее важным аспектом этого протокола является сохранение ядерной мембраны во время ядерной изоляции, чтобы избежать деградации генетического материала и уменьшить загрязнение нуклеотидами и макромолекулами окружающей среды. Время воздействия на образец лизисного буфера можно модулировать, чтобы избежать чрезмерного переваривания тканей и повреждения ядер. Кроме того, быстрое замораживание островков во время хранения образцов и надосадочной жидкости, содержащей цитозольную фракцию, является обязательным условием, чтобы избежать деградации генетического материала и метаболитов. Все образцы должны быть отобраны из одной и той же среды (2,8 мМ глюкозы DMEM в этом исследовании), чтобы избежать искажающего эффекта измененного метаболизма из-за доступности питательных веществ в питательных средах.
Ограничением этого комбинированного метаболомного подхода является то, что некоторые метаболиты могут не улавливаться из-за детергента, используемого для выделения ядер. Таким образом, для более полного анализа метаболитов этот подход может быть дополнен анализами замороженных тканей и выделением метаболитов с использованием неорганических буферов для промывки и ЖХ-МС. Рекомендуемым дополнительным подходом является таргетированная пространственная метаболомика с помощью MALDI-MS для локализации метаболических изменений в органах19. Кроме того, существующие технологии оценки вариабельности транскриптов и доступности хроматина в пределах одного ядра ограничены из-за малой глубины секвенирования для секвенирования ATAC. При анализе данных исследователи смогут оценивать только открытые области хроматина в широких клеточных кластерах, а не конкретные подкластеры в наборе данных.
По мере того, как использование тканей, которые не являются легкодоступными, особенно тканей человека и приматов, становится все более частым, крайне важно максимально увеличить объем информации, которая может быть извлечена из биологической реплики. Описанный выше мультиомический подход позволяет исследователям соотносить генетические сигнатуры с пиковой доступностью вокруг ключевых промоторов клеточной идентичности, а также учитывать, как клеточный метаболизм мог способствовать таким изменениям. Идентификация метаболитов, которые более распространены в клеточных препаратах, даст ключ к конкретным эпигенетическим модификациям, которые могут привести к спецификации клеточных подтипов к определенной линии. Действительно, были разработаны новые протоколы для интеграции результатов транскриптомных и метаболомных экспериментов, хотя и изразличных источников тканей. Значение этого протокола заключается в том, что доступность хроматина, транскрипционные изменения и обогащение метаболитами могут быть оценены на основе одного входного образца. Будущие применения этого метода позволят лучше охарактеризовать болезненные состояния в тканях, полученных из разреженных выборочных популяций, таких как ткани пациентов с редкими заболеваниями. В области биологии островков характеристика генных регуляторных сетей и коррелирующих метаболических сигнатур может дать критически важное представление о механизмах сохранения идентичности и функции бета-клеток для предотвращения возникновения диабета.