完整的細(xì)胞圖譜和不朽的扁蟲的譜系樹

從一個干細(xì)胞到許多分化的身體細(xì)胞：來自柏林MDC的科學(xué)家以及慕尼黑的合作研究人員在“科學(xué)”雜志上發(fā)表了一份關(guān)于整個成年動物的綜合譜系樹。這是通過RNA和計算技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。

均勻干細(xì)胞如何成為具有多種功能的復(fù)雜體細(xì)胞?干細(xì)胞分化為人體內(nèi)多種細(xì)胞類型是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一個謎。來自柏林MaxDelbrück分子醫(yī)學(xué)中心(MDC)和慕尼黑亥姆霍茲中心的跨學(xué)科科學(xué)家小組通過發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的綜合研究取得了重要進(jìn)展。。通過將復(fù)雜的單細(xì)胞RNA技術(shù)與核酸測序和計算方法相結(jié)合，科學(xué)家們能夠建立一個完整的復(fù)雜成年動物Schmidtea mediterranea扁蟲的詳細(xì)細(xì)胞圖譜，并重建所有已鑒定細(xì)胞的譜系樹。他們的工作也為細(xì)胞再生過程提供了新的見解。柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所(BIMSB)主任Nikolaus Rajewsky教授說：“它為研究器官，組織和發(fā)育階段的細(xì)胞組成以及了解再生的分子機(jī)制開啟了強(qiáng)有力的新方法。” MDC，該研究的高級作者。

研究人員重建了一個全面的譜系樹，包括23種細(xì)胞分化途徑

諸如Schmidtea mediterranea之類的渦蟲是受歡迎的研究對象，因?yàn)樗鼈兪遣恍嗟?，如果切成碎片可以完全再生。它們擁有大量成人多能干?xì)胞，可不斷更新所有組織和細(xì)胞類型。“為了理解細(xì)胞如何分化，我們需要比較不同分化階段細(xì)胞的基因表達(dá)譜，就像我們在渦蟲中發(fā)現(xiàn)的那樣，”MDC的Mireya Plass博士說。“我們解散了整個動物并對數(shù)千個細(xì)胞進(jìn)行了表征通過測序它們的信使RNA轉(zhuǎn)錄本。“科學(xué)家們確定了37種不同的細(xì)胞類型，其中23種是終末分化的，還有許多干細(xì)胞和所謂的祖細(xì)胞在幾種分化水平上。

“然后，我們應(yīng)用了一種新的計算算法PAGA，由Alexander Wolf博士和Fabian Theis教授在慕尼黑開發(fā)，用于預(yù)測譜系樹，其中包括根據(jù)單一干細(xì)胞群確定的所有已確定的細(xì)胞類型，”Christine Kocks博士說。來自MDC。然后將該預(yù)測與其他計算和實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，以構(gòu)建由幾個獨(dú)立證據(jù)支持的穩(wěn)健樹：純化干細(xì)胞和來自干細(xì)胞耗盡動物的細(xì)胞的測序;基因表達(dá)變化;PAGA的無監(jiān)督譜系樹預(yù)測;以及最近發(fā)表的方法velocyto的結(jié)果，該方法預(yù)測從前體和成熟轉(zhuǎn)錄物估計的mRNA代謝的未來細(xì)胞狀態(tài)。此外，

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一些位于動物實(shí)質(zhì)中的新細(xì)胞類型，這些細(xì)胞類型在分子研究中曾被忽視，并且在扁蟲的再生過程中起著重要作用。在再生動物中這些細(xì)胞的比例顯著減少，表明這些細(xì)胞在渦蟲中“加速”身體重塑過程。

科學(xué)界可以獲得額外的在線和互動資源

世界各地的科學(xué)家可以立即獲得關(guān)于扁蟲生物學(xué)的新數(shù)據(jù)以及研究人員團(tuán)隊使用的方法。“我們的工作使得研究多種動物的干細(xì)胞及其譜系成為可能。它不僅是渦蟲社區(qū)的重要資源，而且還為其他希望在其他生物體中進(jìn)行類似研究的科學(xué)家提供了一本食譜”，博士說。 Jordi Solana，前MDC，現(xiàn)在牛津布魯克斯大學(xué)。通過交互式應(yīng)用程序，科學(xué)家可以查詢數(shù)據(jù)并查看細(xì)胞分化和再生過程中特定基因的基因表達(dá)變化。使用PAGA和velocyto進(jìn)行譜系重建的詳細(xì)在線教程將為未來的研究提供指導(dǎo)。“單細(xì)胞方法將成為研究發(fā)育和再生生物學(xué)不可或缺的方法，”Nikolaus Rajewsky總結(jié)道。

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