细胞模型的发展与空间分辨率的鼠标是建立

一个叫sci-Space的新技术,结合其他技术数据,可能会导致四维地图册跨不同的细胞的基因表达在胚胎发育的哺乳动物。

这样的地图集地图如何在单个细胞基因转录反映时间的流逝,细胞谱系,细胞迁移和位置对发育中的胚胎。他们也会帮助照亮的空间调控基因表达。

哺乳动物胚胎发育是一个显著的现象:一个受精卵分裂反复转动,在短短几周或几个月的时间,在一个复杂的有机体能够大量的生理过程和由多种细胞,组织,器官,解剖结构。

更清楚的了解哺乳动物形式在出生之前,尤其是产前基因表达的空间模式在单细胞水平上在胚胎发育期间,可以推进生物医学和兽医研究的各种条件。这些遗传性疾病,先天性畸形、发育迟缓。了解器官产生也可能帮助未来再生医学的努力。

华盛顿大学医学院的科学家领导的一个国际研究小组霍华德·休斯医学研究所和西雅图Brotman Baty精密医学研究所证明的概念验证sci-Space技术在小鼠胚胎。

他们的研究结果发表在7月2日版的科学。首席作者桑贾伊·r·Srivatsan基因组科学部门的华盛顿大学医学院和玛丽c Regier威斯康辛大学生物工程学系。

高级作者Jay Shendure华盛顿大学医学基因组科学教授兼Brotman Baty研究所的中心和一个研究员艾伦发现细胞谱系追踪;凯莉·r·史蒂文斯,华盛顿大学的生物工程学助理教授;和科尔杰尔基因组科学的副教授。Regier和史蒂文斯也调查人员在威斯康辛大学医学研究所干细胞和再生医学研究。

研究人员观察了120000年细胞核的基因的编排。身体所有的体细胞含有相同的DNA代码。研究人员捕获的信息在哪些基因被开启或关闭这些核为小鼠胚胎成形。科学家们还研究如何在胚胎细胞的位置在开发过程中哪些基因被激活的影响。

这种技术是建立在以前的工作中,这些科学家和其他组织开发的方式进行生物分析基因表达和dna编码的可访问性,在成千上万的单个细胞,在胚胎发育期间。他们跟踪各种细胞类型的出现和发展轨迹。

细胞是如何组织的空间——物理位置作为胚胎形式——他们是正常发展的关键。错位、中断或细胞不显示在正确的时间在正确的位置可以导致严重的问题,甚至产前死亡。

然而,获得知识空间的基因表达模式技术难度。已经笨拙,测定单个细胞的基因转录本在广大的胚胎。这个有限的空间组织如何影响基因表达的科学认识,因此,为什么细胞形成,或者相邻组细胞相互影响未来的角色。

本研究的科学家曾开发出一种方法标签细胞核,技术他们叫sci-Plex。然后他们继续指数单细胞RNA序列,称为sci-RNA-sequencing的方法。

现在,随着sci-Space,通过分析空间坐标和细胞基因转录的科学家发现了成千上万的基因表达是在解剖学上有图案的。例如,某些遗传资料出现在大脑和脊髓神经元和其他心脏心肌细胞。

科学家们还使用空间和基因信息的注释亚型的细胞。例如,尽管血管细胞和心肌可能都表达一个特定生长因子的基因,只有某些生长因子受体产生的心肌细胞。

研究人员还发现,细胞类型不同极大程度的基因表达的空间模式。例如,结缔组织祖细胞显示比例相对较大的空间限制基因表达。这项观察表明这些细胞亚型的行为在整个身体位置相关的方式。

测量空间位置的力量在一个细胞类型的基因转录谱,研究人员还计算细胞和角距离之间的物理距离他们的基因表达谱。

“对于许多类型的细胞,细胞之间的物理距离增加,也他们的转录组之间的角距离,”研究人员在他们的论文中提到的。不过,他们补充表示,这一趋势变化很大。这是在某些大脑和脊髓细胞最为明显。

其他细胞类型的基因记录配置文件非常受他们的立场在发育中的胚胎的影响。其中包括某些软骨细胞,成为脚手架的头和脸的骨头。

研究人员还研究了基因表达动态发生的一部分大脑细胞分化和迁移在老鼠胚胎发育。研究人员检测了各种脑细胞轨迹是如何在解剖学上的分布。研究者也通过使用艾伦研究所的大脑解剖参考图集作为参考。

从每个轨迹”细胞绝大多数占据不同的大脑区域,”研究人员指出。他们也观察到梯度发展成熟度在大脑的不同区域。这些梯度显示已知和迁移的新模式。

在未来,研究人员希望sci-Space将进一步应用于串行部分,横跨整个老鼠胚胎,涵盖许多点的时间。

参考:Srivatsan SR, Regier MC,巴坎E, et al, Embryo-scale单细胞空间转录组。科学。2021,373 (6550):111 - 117。doi:10.1126 / science.abb9536

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