跟踪细胞的家谱

结合先进的核糖核酸测序技术与新设备,分离单个细胞和他们的后代,麻省理工学院的研究人员现在可以跟踪的详细家庭历史几代后裔一个存储单元的“祖先”。

这种技术,它可以追踪在分化细胞基因表达的变化,可能特别有用研究干细胞和免疫细胞成熟。它还可以揭示癌症的发展。

“现有方法允许快照测量的单细胞基因表达,可以提供非常深入的信息。这种新方法提供的是能够跟踪历经几代之后细胞,把这些信息在细胞的嫡系的历史,”罗伯特·Kimmerling说,研究生在生物工程和第一作者的一篇论文描述了技术。

论文的资深作者斯科特这里离马纳利市,安德鲁和厄纳维特比生物工程教授和麻省理工学院的一个成员的科赫研究所综合癌症研究,和亚历克斯·Shalek赫尔曼L.F.冯亥姆霍兹职业发展助理教授健康科学和技术,化学助理教授,麻省理工学院的一个成员的医学工程和科学研究所。

捕获细胞谱系

该方法包含一个名为单细胞RNA-seq的最近开发的技术,从单个细胞信使RNA序列。这些RNA,统称为转录组,揭示哪些基因被积极转录(也就是说,复制到信使RNA指令用于构建蛋白质)在一个细胞在一个给定的时间点。例如,这可以帮助科学家理解什么使皮肤细胞不同于心脏细胞即使细胞共享相同的DNA。

“科学家们建立的方法解决不同人口的子集,但是不是很好解决的一件事是如何生成这种多样性。这是我们目标的关键问题:一个创始细胞产生非常不同的后代,”Kimmerling说。

试图回答这个问题,研究人员设计了一个微流控装置,陷阱首先单个细胞,然后所有的后代。设备有几个连接通道,每一个都有一个陷阱,可以捕获一个细胞。在最初的细胞分裂之后,它的子细胞流沿着设备和被困在接下来的通道。研究人员表明他们可以捕捉到五代的细胞和跟踪他们的关系。

芯片的细胞,研究人员暂时扭转整个芯片流体流动的方向,让他们消除细胞执行单细胞RNA-seq一次。

在这项研究中,研究人员捕获测序称为T细胞的免疫细胞。这些细胞在体内不断提醒,当他们遇到一个细胞感染病毒或细菌,他们迅速采取行动,创建两个不同的群体效应T细胞,寻找和破坏受感染的细胞,和记忆T细胞,保留内存无限期的遭遇和体内循环对于后续遇到。

“一个创始细胞可以产生两种效应和记忆细胞亚型,但如何生成,多样性不是很清楚,“Kimmerling说。

研究人员分析了从最近激活T细胞RNA和两个后代。当比较基因功能与T细胞的活化和分化有关,他们发现,“妹妹”细胞产生的相同部门事件更相似比两个不相关的细胞的基因表达谱。他们还发现,“表哥”细胞,这种细胞有相同的“奶奶”,更比不相关的细胞相似,这表明独特,family-specific为单身T细胞转录概况。

研究人员希望,未来的研究与此设备可以帮助解决长期存在的争论如何T细胞分化成效应细胞和记忆细胞。理论之一是出现最早的区别第一T细胞分裂后激活,而竞争理论认为,区别发生以后,由于细胞的微环境的变化。为了解决这个问题,研究人员认为他们需要分析T细胞的发展从一只老鼠被暴露在外国病原体,这将提供一个有用的模型应对感染的T细胞活化。

新装置也可以用来连接与其他细胞RNA转录组信息特征,研究人员说。

“这开辟了可能性,从来没有去过那儿,“这里离马纳利市说。“我们可以进一步注释单细胞转录组数据将这一策略应用于现有设备测量质量,生长速率、密度,或可变形性”。

“我认为这是真的非常漂亮,”迪恩Felsher说,医学教授和斯坦福大学医学院病理学。“这建立在斯科特一直在做的事情,这是创建一个全新的审问单细胞的测量方式。现在他可以遵循后代在几代人,这是真的很难做到。”

细胞“年龄”

在这项研究中,研究人员还发现,他们可以用他们的学习新技术,基因表达在特定的点在细胞分裂周期中。因为他们陷阱每个单元,去年分裂时的记录,他们可以直接联系起来的“年龄”的每一个细胞转录组。

他们发现了一组约300个基因,对应部门以来最随着时间的细胞周期进程(代理),并发现其中大多数基因参与细胞分裂。因此,通过测量水平的300个基因相似的细胞,科学家应该能够估计这些细胞的年龄。研究人员还发现,白血病细胞系,遍布不断,有一组不同的基因似乎是细胞分裂。

“在未来,这种方法可以提供见解独特的转录监管机构各种癌症模型的细胞周期进展,“Kimmerling说。