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      通過MEMOIR講述細胞的歷史
      
			
      
				2019-01-10 10:22:46
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      研究人員開發(fā)了一種新的方法來閱讀細胞的歷史和“家譜”。該技術被稱為MEMOIR，或通過光學原位讀數(shù)的工程誘變記憶，可以記錄動物細胞的生活史 - 它們與其他細胞的關系，通信模式以及塑造它們的有影響的事件。“MEMOIR允許細胞在他們的基因組中記錄他們的歷史，并允許我們使用先進的顯微鏡方法讀出這些信息，”加州理工學院化學助理教授，新研究的首席研究員Long Cai說，他于11月21日在期刊上發(fā)表自然。該論文的Colead作者是博士后學者Kirsten Frieda和Sahand Hormoz，以及研究科學家James Linton。
      

      通過MEMOIR講述細胞的歷史
      

      “通常情況下，我們只能在看到細胞時看到細胞的狀態(tài)，”加州理工學院生物學和生物工程學教授，霍華德休斯醫(yī)學研究所的調查員，聯(lián)合首席研究員Michael Elowitz說。“但我們真正想知道的是，那個牢房的歷史是什么?它的姐妹和表兄弟是誰?是誰和誰說話呢?”
      

      這項新研究證明了原理，證明MEMOIR可以讀取小鼠細胞的歷史。最終，研究人員表示，該方法將有助于理解組織和動物的發(fā)育，以及對腫瘤等病變組織異常發(fā)育的研究。
      

      重建細胞家譜
      

      就像生物學家使用DNA追蹤人類和其他動物物種的譜系一樣，分子生物學家可以使用DNA來追蹤細胞譜系。隨著動物的發(fā)育，它們的細胞分裂和繁殖，導致新一代。分子生物學家一直在開發(fā)各種方法來重建細胞家族的譜系，并回答關于它們何時以及如何發(fā)展的問題。
      

      兩個新的強大工具幫助實現(xiàn)了這一目標。在一個基因組編輯中，在稱為CRISPR的DNA切片系統(tǒng)的幫助下，可以在任何指定的靶位點改變發(fā)育中生物的遺傳密碼。寫在一個細胞基因組中的任何變化都會傳遞給后代。動物發(fā)育早期發(fā)生的變化將出現(xiàn)在其許多細胞中，而最近的變化將出現(xiàn)在更少的細胞中。通過分析DNA編輯的模式，研究人員可以識別細胞的共同祖先，并弄清楚它們是如何相關的; 例如，他們可以確定哪些細胞是姐妹或堂兄弟。類似的方法被用于不同的科學領域 - 包括中世紀的歷史。
      

      “歷史學家可以識別中世紀手稿的譜系和起源，因為中世紀抄寫員在修道院中傳播的錯誤，”蔡說。“因此，傳播的錯誤對文本的歷史非常有用，在我們的例子中，就是細胞。”
      

      另一種稱為連續(xù)單分子熒光原位雜交-seqFISH的工具是由Cai開發(fā)的，用于了解哪些基因在單個細胞中具有活性。在最近的一篇Neuron論文中，Cai的團隊展示了該技術如何用于確定單個細胞中200多個基因的表達水平。該方法還可以讓研究人員分析細胞在體內原位的基因活性。先前的技術要求細胞與其天然環(huán)境分離。
      

      在這項新研究中，科學家將兩種工具結合起來：seqFISH方法用于跟蹤通過CRISPR編輯引入基因組的變化。
      

      “關鍵的洞察力是開發(fā)一種特殊的基因組記憶存儲元件，類似于計算機位，可以在兩種不同的狀態(tài)下被CRISPR翻轉，”Elowitz說。“這可以通過查看具有seqFISH的細胞并確定它們是否共享相同的CRISPR編輯來區(qū)分。”
      

      記錄蜂窩“談話”
      

      該系統(tǒng)不僅可以用于了解細胞譜系信息，還可以用于了解過去細胞發(fā)生的事件 - 當它們彼此接收消息或者當它們從一種細胞類型變?yōu)榱硪环N細胞類型時。例如，隨著腫瘤的發(fā)展，一些細胞可能比其他細胞接收不同的分子信號，從而引發(fā)不同的命運。一個細胞可能轉移并遷移，而另一個細胞保持靜止。跟蹤過去信號如何影響當前細胞命運的能力可以提供跨時間和空間的腫瘤發(fā)展的新視圖。
      

      “這項技術使我們能夠獲取我們以前從未了解到的細胞內的信息，”林頓說。“潛在地，MEMOIR可記錄單個細胞內多種信號通路的活性，提供有關通路如何協(xié)同作用以影響細胞決策的信息，例如當神經干細胞分化成神經元時。”
      

      在目前的研究中，研究人員追溯了三代小鼠胚胎干細胞的歷史。在未來，他們希望能夠追隨更多世代 - 并最終通過他們的細胞回憶錄了解動物發(fā)展的生活故事。
      
			

			
        
      
			
      
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