科學(xué)家開(kāi)發(fā)了新技術(shù)來(lái)追蹤細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程

了解各種細(xì)胞類(lèi)型在發(fā)育過(guò)程中如何區(qū)分自身是發(fā)育生物學(xué)中的基本問(wèn)題之一。使用基因組編輯工具，哈佛科學(xué)家們?cè)絹?lái)越接近尋找答案。分子與細(xì)胞生物學(xué)系主任Alexander Schier和分子與細(xì)胞生物學(xué)Leo Erikson生命科學(xué)教授，Schier實(shí)驗(yàn)室博士后研究員James Gagnon，以及Aaron McKenna和Greg Findlay博士撰寫(xiě)的最新研究。華盛頓大學(xué)Jay Shendure實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用CRISPR基因組編輯工具標(biāo)記斑馬魚(yú)細(xì)胞的遺傳條形碼，以后可用于重建其譜系。這項(xiàng)研究是在今年早些時(shí)候出版科學(xué)。

“我們希望了解細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中如何沿著不同的途徑進(jìn)入，并最終成為特定的細(xì)胞類(lèi)型，”Schier說(shuō)。“使用這種新工具，我們可以采取成人腦細(xì)胞......并了解這些細(xì)胞如何相互關(guān)聯(lián)，一直回到胚胎。“在這個(gè)系統(tǒng)中，CRISPR靶向10個(gè)短序列并隨機(jī)切割它們，在細(xì)胞修復(fù)切割時(shí)誘導(dǎo)缺失或插入，”他解釋說(shuō)。“然后我們可以對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行排序，并了解細(xì)胞如何相互關(guān)聯(lián)。”

例如，Schier說(shuō)，單個(gè)細(xì)胞可能在某個(gè)位置切割一個(gè)序列，但是當(dāng)它分開(kāi)時(shí)，其子細(xì)胞和孫女細(xì)胞可以在其他位置切割。通過(guò)追蹤這些變化如何積累，研究人員最終可以確定細(xì)胞如何相互關(guān)聯(lián)。相關(guān)的細(xì)胞越密切，它們的突變條形碼就越相似。

盡管標(biāo)記細(xì)胞以跟蹤其發(fā)育的想法并不新鮮，但新技術(shù)提供了更多的多功能性和特異性。“這樣做的一個(gè)主要方法是用熒光蛋白標(biāo)記細(xì)胞，然后繼續(xù)使用顏色，”Schier說(shuō)。“例如，人們可以推斷，紫色的細(xì)胞可能來(lái)自一個(gè)紫色的普通祖先。”

Schier說(shuō)，問(wèn)題在于即使是最先進(jìn)的系統(tǒng)也僅限于大約100種不同的顏色。“這種方法的強(qiáng)大之處在于，基本上你可以獲得數(shù)千種顏色，”Schier說(shuō)。“在本文中，我們證明了我們可以生產(chǎn)4,000個(gè)獨(dú)特的條形碼，我們可以追蹤它們，看看細(xì)胞是如何相互關(guān)聯(lián)的。”

Schier說(shuō)，該技術(shù)已經(jīng)為研究人員提供了新的見(jiàn)解。“我們發(fā)現(xiàn)了一些誘人的暗示，”他說(shuō)。“例如，我們發(fā)現(xiàn)一條魚(yú)中98%以上的血液來(lái)自五個(gè)祖細(xì)胞，而另一條魚(yú)中只有兩條來(lái)自?xún)蓷l魚(yú)。這引發(fā)了一些有趣的組織動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，我們真的很想了解 - 如何相對(duì)較少的祖細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的血細(xì)胞或腦細(xì)胞。“

Schier的實(shí)驗(yàn)室并不是唯一一個(gè)探索使用CRISPR來(lái)了解細(xì)胞如何發(fā)育的可能性的實(shí)驗(yàn)室。在哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)的羅伯特溫思羅普遺傳學(xué)教授喬治教會(huì)實(shí)驗(yàn)室工作的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)類(lèi)似的系統(tǒng)，其中指導(dǎo)CRISPR切割位置的指導(dǎo)RNA序列也是目標(biāo)。

最終結(jié)果是一個(gè)針對(duì)特定基因序列并將其切割的系統(tǒng)，但隨著該切割被修復(fù)，它創(chuàng)建了一個(gè)新的指導(dǎo)RNA，告訴系統(tǒng)下一步切割的位置，并產(chǎn)生足夠的多樣性以允許研究人員追蹤細(xì)胞的譜系。該研究已發(fā)布在預(yù)印本服務(wù)器BioRxiv上。

Church說(shuō)，下一步不僅將學(xué)習(xí)細(xì)胞如何發(fā)展到成年期，還將了解細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中如何以及何時(shí)改變其身份。“我們想知道誰(shuí)是誰(shuí)，”他說(shuō)，但也“細(xì)胞正在思考什么以及他們正在做什么。我們可以在發(fā)展的任何一點(diǎn)停止旋轉(zhuǎn)木馬，并拍攝他們血統(tǒng)的快照，什么細(xì)胞都在做。”

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容