为细胞发展新的工具提供了路线图

哥伦比亚大学医学中心的研究人员创造了一个新的工具来描述细胞的许多可能的方式发展。根植于拓扑的数学领域,该工具提供了一个路线图,提供详细了解干细胞产生特殊细胞。

每一个生物从一个细胞开始。作为其分支副本,细胞分裂,成为专门的细胞(心脏、骨骼,或大脑细胞这一过程称为分化。了解内部和外部线索细胞沿着这条路径移动,科学家可以序列RNA-the分子信使,将DNA转化为蛋白质和其他产品。

测序RNA从一批细胞并不理想,然而,由于细胞的发展通常是在不同的州。为了解决这个问题,科学家研制出了单细胞RNA序列。“这就像一个新的显微镜,给我们学习许多生物现象的能力,“劳尔Rabadan说,博士,副教授系统生物学和生物信息学在哥伦比亚和论文的合著者。“然而,研究人员仍剩下的问题理解不同细胞状态之间的关系,推动发展的过程。”

研究细胞的发展,科学家们用数学工具来分析大量的测序数据。但是这些工具依赖于基本假设,缩小可能的结果。“由于细胞发展所涉及的复杂性,模型做出假设实际上限制你做出新的发现,”阿巴斯Rizvi说,博士,博士后研究科学家在哥伦比亚的生物化学与分子生物物理学和论文的主要作者。

Rizvi博士一起巴勃罗·g·卡马拉,博士,博士后,生物信息学和系统生物学的理论物理学家,向拓扑中,数学研究的表面之间的空间关系和形状,识别不同细胞之间的连接状态和活跃的基因,细胞在这些州。合作开发了一个算法,称为单细胞拓扑数据分析(scTDA)。算法分析了单个细胞的RNA序列,重构的发展轨迹,并捕获不同的转录的发展项目。

研究人员使用scTDA映射路径老鼠的干细胞,他们诱导变为运动神经元细胞。地图上正确显示这些细胞可能的发展轨迹,开始干细胞和最终成为神经元。通过观察哪些基因活跃的特殊叉附近地图,研究人员能够识别蛋白质出现指导细胞发展沿着路径不同的点。该方法也适用于研究干细胞的发展道路小鼠肺、人类胚胎,老鼠的大脑。

“我们期望更多的发现来光作为科学家挖掘这些数据集,”合著者汤姆则说博士伊西多尔s . Edelman教授生物化学和部门的主席在哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学,和哥伦比亚大学首席研究员的莫蒂默b Zuckerman心理大脑行为研究所。“这真的开辟了可能性的深入分析单个细胞在特定的发展阶段。”

“这种方法提供了深刻的见解可能的命运一个细胞,让我们进入关键的监管机构和控制细胞的分子转变身份和展示机会引导细胞远离路径对其发展有负面影响,“Rizvi博士说。

目前的方法应用于揭示的动力学和细胞组成复杂的生物过程,包括癌症。

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参考:

Rizvi, a . H。卡马拉,p·G。、Kandror e·K。罗伯茨,t·J。Schieren,我。则称,T。& Rabadan r (2017)。单细胞拓扑RNA-seq分析揭示了洞察细胞分化和发展。自然生物技术。doi: 10.1038 / nbt.3854