Учёные восстановили родословную 1,28 млн клеток мышиного эмбриона с помощью «ДНК-печатной машинки»
- DNA Typewriter записала родственные связи 1,28 млн клеток мышиного эмбриона от зиготы до 13,5-го дня развития.
- Из 100 оплодотворённых яйцеклеток пригодные записи получили у 10 эмбрионов; наиболее подробную родословную построили для эмбриона №3.
- Клетки крови и сетчатки специализировались раньше клеток кожи; родственные клетки чаще сохраняли одинаковый тип.
Почему это важно: Такие карты могут помочь разобраться, как формируются ткани и органы и когда возникают отклонения, приводящие к врождённым нарушениям.
Учёные восстановили историю происхождения 1,28 млн клеток мышиного эмбриона, проследив их родственные связи от оплодотворённой яйцеклетки до 13,5-го дня развития. Для этого они использовали технологию DNA Typewriter — молекулярный регистратор, который записывает последовательность делений непосредственно в ДНК клетки. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Принцип работы системы напоминает печатную машинку: при каждом делении клетки в определённый участок её ДНК добавляется новая метка — следующий символ в последовательности. Запись сохраняется и не стирает предыдущие отметки. Поэтому клетки, унаследовавшие одинаковые фрагменты такой последовательности, можно связать с общим предком. В отличие от методов, основанных на разрезании ДНК или случайном внесении меток, DNA Typewriter позволяет вести упорядоченную запись на протяжении длительного времени.
Исследователи применили технологию к мышиным эмбрионам. Из 100 оплодотворённых яйцеклеток пригодные для анализа записи удалось получить у 10 эмбрионов. Самую подробную историю сохранил эмбрион №3: по его данным учёные построили временную филогению, корнями которой стала зигота — первая клетка будущего организма. Дерево охватило 1,28 млн клеток, для которых также получили транскрипционные профили, то есть данные об активности генов.
Регистратор позволил различить потомков двух клеток, образовавшихся при первом делении зиготы. Практически каждую клетку эмбриона удалось отнести к одной из этих двух исходных линий. Одна из них дала больше потомков, то есть проявила клональное доминирование, возникшее во время гаструляции. При этом обе линии внесли вклад в формирование разных типов клеток в близких пропорциях.
Сопоставление родословной с типами клеток показало, что близкие родственники по клеточному происхождению чаще, чем можно было бы ожидать случайно, сохраняют одинаковую специализацию. В то же время среди потомков одной линии встречались и клетки разных типов — это позволило выявить этапы окончательной дифференцировки, когда клетки приобретали специализированные функции.
Учёные также восстановили временную последовательность формирования клеточных типов. Клетки крови и сетчатки определялись со своей специализацией на более ранних этапах, тогда как клетки кожи сохраняли возможность менять направление развития дольше. Сопоставляя появление разных типов клеток в родственных ветвях, исследователи смогли выстроить датированную последовательность их взаимосвязей и восстановить вероятные переходы между состояниями клеток.
Такие карты клеточного происхождения могут помочь разобраться, как формируются ткани и органы и на каких этапах эмбрионального развития возникают отклонения, приводящие к врождённым нарушениям. В перспективе технология также может быть полезна для изучения происхождения опухолевых клеток и разработки методов клеточной терапии.
© iXBT
