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动物发育的分子“图谱”

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-06 09:32  浏览次数:0
摘 要:在本周发表在《科学》杂志上的一篇论文中,宾州大学的研究人员首次详细报道了动物胚胎发育过程中每个细胞如何变化的分子特征。这
 在本周发表在《科学》杂志上的一篇论文中,宾州大学的研究人员首次详细报道了动物胚胎发育过程中每个细胞如何变化的分子特征。这项工作由佩雷尔曼医学院的约翰·I·默里实验室、文理学院的金俊铉实验室和华盛顿大学的罗伯特·沃特斯顿实验室领导,他们使用了单细胞生物学新兴领域的最新技术,对8万多个细胞进行了检测。线虫的胚胎。
 
“在过去的几年里,新的单细胞基因组学方法彻底改变了动物发育的研究,”默里说。我们的研究利用了一个事实,即秀丽隐杆线虫胚胎有一个非常少的细胞所产生的已知和完全重复的细胞分裂模式。利用单细胞基因组学方法,我们能够从原肠胚形成(当存在约50个细胞时)到胚胎发生结束鉴定出87%以上的胚胎细胞。”
 
线虫是一种体内只有558个细胞的动物。在多细胞生物中,每一个细胞都是由单个受精卵的细胞分裂而来,形成一个“细胞谱系树”,显示每个细胞的分裂历史,并描述它们之间的关系,类似于家谱。悉尼·布伦纳、H·罗伯特·霍维茨和约翰·苏尔斯顿在40多年前的诺贝尔奖获得者的工作中,绘制出了秀丽隐杆线虫的细胞谱系树,并表明每一种秀丽隐杆线虫动物都是通过相同的细胞分裂模式发育的。
 
为了进一步阐明发育过程,penn和uw团队通过使用单细胞基因组学方法测量单个细胞发育过程中细胞内所有rna的转录组来描述在分子水平上发生的事情。这些方法使科学家能够确定在几万或几十万个细胞中的每一个细胞中有哪些基因被表达或被激活,并根据其相似基因子集的表达来识别稀有的细胞类型。然而,在这些研究中很难知道是否所有的细胞类型都已经被识别,或者被识别的细胞是如何通过细胞分裂相互联系的。
 
论文的主要作者,华盛顿大学的研究生乔纳森·帕克和宾夕法尼亚大学的秦竺,开发了复杂的数据分析程序和算法,将转录组的变化追溯到细胞谱系树中的时间序列,揭示了细胞在进化过程中所需的分子变化的详细动态。把秀丽隐杆线虫的整个身体都培养出来。
 
由此产生的数据集将成为数千个实验室的有力工具,这些实验室将秀丽隐杆线虫作为一种模式生物进行研究,并加强了仅使用单细胞基因组学来推断其他物种细胞之间关系的局限性。“宾州大学一直是单细胞基因组学的先驱之一,这确实有助于使这项工作成为可能,”金说。
 
这项研究有助于揭示细胞在发育过程中如何特殊化其功能的基本机制。例如,研究人员表明,具有非常不同谱系历史的细胞可以迅速收敛到相同的分子状态,这样就无法再对它们进行区分。研究人员还发现,在分化过程中,一些细胞的转录体发生了惊人的快速变化。
 
 
此外,这项工作将有助于在再生医学和细胞工程中的应用,例如控制使用患者自身细胞进行治疗所涉及的细胞分化过程。
 
 
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