Клеточная линия
Линия клеток обозначает историю развития ткани или органа из оплодотворенной яйцеклетки . [1] Это основано на отслеживании клеточного происхождения организма благодаря клеточному делению и перемещению с течением времени, это начинается с клеток-источников и заканчивается зрелой клеткой, которая больше не может делиться. [2]
Этот тип линии можно изучить, маркируя клетку (флуоресцентными молекулами или другими отслеживаемыми маркерами) и отслеживая ее потомство после деления клетки. Некоторые организмы, такие как C. elegans , имеют заранее определенный образец клеточного потомства, и взрослый самец всегда будет состоять из 1031 клетки, это связано с тем, что деление клеток у C. elegans генетически детерминировано и известно как эвтелия . [3] [4] Это приводит к тому, что клеточное происхождение и судьба клеток сильно коррелируют. Другие организмы, такие как люди, имеют различные линии и количество соматических клеток.
C. elegans : модельный организм
[ редактировать ]Будучи одним из первых пионеров клеточного происхождения, в 1960-х годах доктор Сидни Бреннер впервые начал наблюдать дифференцировку и преемственность клеток у нематоды Caenorhabditis elegans . Доктор Бреннер выбрал этот организм из-за его прозрачного тела, быстрого размножения, простоты доступа и небольшого размера, что делало его идеальным для отслеживания клеточного развития под микроскопом.
К 1976 году доктор Бреннер и его коллега, доктор Джон Салстон , идентифицировали часть клеточной линии развивающейся нервной системы C. elegans . Первоначальные результаты показали, что нематода была эвтеличной (каждая особь испытывает одни и те же пути дифференцировки), однако работа Салстона и Ричарда Хорвица показала, что несколько клеток, необходимых для размножения, дифференцируются после вылупления. Эти клетки включают клетки вульвы, а также мышцы и нейроны. Это исследование также привело к первым наблюдениям запрограммированной гибели клеток или апоптоза.
После картирования различных участков клеточной линии C. elegans доктор Бреннер и его коллеги смогли собрать воедино первую полную и воспроизводимую карту судьбы клеточной линии. Позже они получили Нобелевскую премию 2002 года за работу в области генетической регуляции развития органов и программируемой гибели клеток. [5] Поскольку C. elegans являются гермафродитами, они состоят как из мужских, так и из женских органов, в которых они хранят сперму и способны к самооплодотворению. C. elegans содержит 302 нейрона и 959 соматических клеток, начиная с 1031, из которых 72 подвергаются апоптозу, то есть запрограммированной гибели клеток. Это делает C. elegans модельным организмом для изучения клеточного происхождения и позволяет наблюдать за клеточными делениями благодаря их прозрачному фенотипу. [6]
История клеточного происхождения
[ редактировать ]Одно из первых исследований клеточных линий было проведено в 1870-х годах Уитменом, который изучал закономерности расщепления у пиявок и мелких беспозвоночных . Он обнаружил, что некоторые группы, такие как нематоды и асцидии, образуют образец клеточного деления, который у разных людей одинаков и неизменен. Считалось, что такая высокая корреляция между происхождением клеток и судьбой клеток определяется факторами сегрегации внутри делящихся клеток. Другие организмы имели стереотипные модели деления клеток и производили сублинии, которые были потомками определенных клеток-предшественников. Считается, что эти более изменчивые судьбы клеток обусловлены взаимодействием клеток с окружающей средой. Благодаря новым прорывам в отслеживании клеток с большей точностью это помогло биологическому сообществу, поскольку теперь для отображения исходных клеток используются различные цвета, которые можно легко отслеживать. Эти цвета флуоресцентны и отмечаются на белках путем инъекции для отслеживания таких клеток. [7]
Техники картографии судьбы
[ редактировать ]Происхождение клеток можно определить двумя методами: либо путем прямого наблюдения, либо посредством клонального анализа. В начале 19 века использовалось прямое наблюдение, однако оно было весьма ограниченным, поскольку можно было изучать только небольшие прозрачные образцы. С изобретением конфокального микроскопа это позволило изучать более крупные и сложные организмы. [8]
Возможно, самым популярным методом картирования судеб клеток в генетическую эпоху является сайт-специфическая рекомбинация, опосредованная системами Cre-Lox или FLP-FRT . Используя системы рекомбинации Cre-Lox или FLP-FRT , репортерный ген (обычно кодирующий флуоресцентный белок) активируется и постоянно маркирует интересующую клетку и ее клетки-потомки, что и называется отслеживанием клеточного происхождения. [9] С помощью системы исследователи смогут исследовать функцию своего любимого гена в определении судьбы клеток, разработав генетическую модель, в которой внутри клетки одно событие рекомбинации предназначено для манипулирования интересующим геном, а другое событие рекомбинации предназначено для активации репортерного гена. Одна небольшая проблема заключается в том, что два события рекомбинации могут произойти не одновременно, поэтому результаты следует интерпретировать с осторожностью. [10] Более того, некоторые флуоресцентные репортеры имеют настолько чрезвычайно низкий порог рекомбинации, что они могут метить популяции клеток в нежелательные моменты времени в отсутствие индукции. [11]
синтетической биологии подходы и система CRISPR / Cas9 Были разработаны для создания новых генетических систем, которые позволяют клеткам автономно записывать информацию о происхождении в своем собственном геноме. Эти системы основаны на целенаправленной мутации определенных генетических элементов. [12] [13] Генерируя новые случайные геномные изменения в каждом поколении клеток, эти подходы облегчают реконструкцию деревьев родословной. Эти подходы обещают обеспечить более полный анализ родственных связей в модельных организмах. Методы реконструкции вычислительного дерева [14] также разрабатываются для наборов данных, созданных с помощью таких подходов.
Асимметрия раннего развития
[ редактировать ]У человека после оплодотворения зигота . делится на две клетки Соматические мутации , возникающие непосредственно после образования зиготы, а также на более поздних этапах развития, могут использоваться в качестве маркеров для отслеживания клеточных линий по всему организму. [15] Было обнаружено, что начиная с расщепления зиготы, линии вносят неравный вклад в клетки крови . Было обнаружено, что до 90% клеток крови происходят только из одного из первых двух бластомеров . Кроме того, нормальное развитие может привести к неодинаковым характеристикам симметричных органов, например, между левой и правой лобной и затылочной корой головного мозга . Было высказано предположение, что эффективность репарации ДНК способствует дисбалансу клонов, поскольку дополнительное время, затрачиваемое клеткой на репарацию ДНК, может снизить скорость пролиферации. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Словарь английского языка Коллинза — полное и несокращенное, 10-е издание . Издательство ХарперКоллинз . Проверено 2 июня 2014 г.
- ^ Джурумеску, Клаудиу А.; Чисхолм, Эндрю Д. (2011). «Идентификация клеток и анализ клеточного происхождения» . Методы клеточной биологии . 106 : 325–341. дои : 10.1016/B978-0-12-544172-8.00012-8 . ISBN 9780125441728 . ISSN 0091-679X . ПМЦ 4410678 . ПМИД 22118283 .
- ^ Салстон, Дж. Э.; Хорвиц, HR (1977). «Постэмбриональные клеточные линии нематод Caenorhabditis elegans ». Биология развития . 56 (1): 110–56. дои : 10.1016/0012-1606(77)90158-0 . ПМИД 838129 .
- ^ Кимбл, Дж; Хирш, Д. (1979). «Постэмбриональные клеточные линии гермафродитных и мужских гонад Caenorhabditis elegans ». Биология развития . 70 (2): 396–417. дои : 10.1016/0012-1606(79)90035-6 . ПМИД 478167 .
- ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2002 год — пресс-релиз» . www.nobelprize.org . Проверено 23 ноября 2015 г.
- ^ Корси, Энн К. (1 декабря 2006 г.). «Руководство биохимика по C. elegans» . Аналитическая биохимия . 359 (1): 1–17. дои : 10.1016/j.ab.2006.07.033 . ISSN 0003-2697 . ПМК 1855192 . ПМИД 16942745 .
- ^ Вудворт, Молли Б.; Гирскис, Келли М.; Уолш, Кристофер А. (апрель 2017 г.). «Построение линии из отдельных клеток: генетические методы отслеживания клеточного происхождения» . Обзоры природы. Генетика . 18 (4): 230–244. дои : 10.1038/nrg.2016.159 . ISSN 1471-0056 . ПМК 5459401 . ПМИД 28111472 .
- ^ Чисхолм, AD (2001). «Происхождение клеток» (PDF) . Энциклопедия генетики . стр. 302–310. дои : 10.1006/rwgn.2001.0172 . ISBN 9780122270802 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Крецшемар, К; Ватт, FM (12 января 2012 г.). «Прослеживание родословной» . Клетка . 148 (1–2): 33–45. дои : 10.1016/j.cell.2012.01.002 . ПМИД 22265400 .
- ^ Лю, Дж; Уиллет, СГ; Банкайтис, Эд (2013). «Непараллельная рекомбинация ограничивает возможности репортеров на основе Cre-LoxP как точных индикаторов условных генетических манипуляций» . Бытие . 51 (6): 436–42. дои : 10.1002/dvg.22384 . ПМК 3696028 . ПМИД 23441020 .
- ^ Альварес-Аснар, А.; Мартинес-Корраль, И.; Даубель, Н.; Бетгольц, К.; Мякинен, Т.; Генгель, К. (2020). «Тамоксифен-независимая рекомбинация репортерных генов ограничивает отслеживание линий и мозаичный анализ с использованием линий CreERT2» . Трансгенные исследования . 29 (1): 53–68. дои : 10.1007/s11248-019-00177-8 . ISSN 0962-8819 . ПМЦ 7000517 . ПМИД 31641921 .
- ^ Маккенна, Аарон; Финдли, Грегори М.; Ганьон, Джеймс А.; Хорвиц, Маршалл С.; Шир, Александр Ф.; Шендуре, Джей (29 июля 2016 г.). «Отслеживание происхождения всего организма путем комбинаторного и кумулятивного редактирования генома» . Наука . 353 (6298): aaf7907. doi : 10.1126/science.aaf7907 . ISSN 0036-8075 . ПМЦ 4967023 . ПМИД 27229144 .
- ^ Фрида, Кирстен Л.; Линтон, Джеймс М.; Хормоз, Саханд; Чхве, Джунхёк; Чоу, Ке-Хуан К.; Певец Закари С.; Бадд, Марк В.; Еловиц, Майкл Б.; Цай, Лонг (2017). «Синтетическая запись и считывание на месте информации о происхождении в отдельных клетках» . Природа . 541 (7635): 107–111. Бибкод : 2017Natur.541..107F . дои : 10.1038/nature20777 . ПМК 6487260 . ПМИД 27869821 .
- ^ Зафар, Хамим; Лин, Чи; Бар-Джозеф, Зив (2020). «Отслеживание одноклеточных линий путем интеграции мутаций CRISPR-Cas9 с транскриптомными данными» . Природные коммуникации . 11 (3055): 3055. Бибкод : 2020NatCo..11.3055Z . дои : 10.1038/s41467-020-16821-5 . ПМК 7298005 . ПМИД 32546686 .
- ^ Jump up to: а б Фашинг Л., Джанг Й., Томаси С., Шрайнер Дж., Томасини Л., Брейди М.В., Бэ Т., Саранги В., Васматзис Н., Ван Й., Секели А., Фернандес Т.В., Лекман Дж. Ф., Абызов А., Ваккарино FM (19 марта 2021 г.). «Ранние асимметрии развития в деревьях клеточных линий у живых людей» . Наука . 371 (6535): 1245–1248. Бибкод : 2021Sci...371.1245F . дои : 10.1126/science.abe0981 . ПМК 8324008 . ПМИД 33737484 .